[發(fā)明專利]一種采用納米壓電材料超聲降解染料廢水的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210430072.0
• 申請(qǐng)日: 2012-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN102887562A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈艷敏;張俊;武崢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/36
• 分類號(hào): C02F1/36;C02F1/46;C02F103/30
• 代理公司: 杭州之江專利事務(wù)所(普通合伙) 33216
• 代理人: 朱楓

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明屬于染料廢水處理領(lǐng)域，特別涉及一種采用納米壓電材料超聲降解染料廢水的方法。

背景技術(shù)

印染行業(yè)是工業(yè)廢水的排放大戶，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每天排放的印染廢水大約為????????????????????????????????????????????????立方米。印染廢水因其有機(jī)物含量高、成分復(fù)雜、色度深、水質(zhì)變化大，成為國內(nèi)外公認(rèn)的難處理廢水之一。近年來，隨著印染化工工業(yè)的發(fā)展，PVA漿料、人造絲堿解物（主要成分為鄰苯二甲酸類物質(zhì)）以及其他新型助劑的廣泛應(yīng)用，使得大量難降解的有機(jī)物質(zhì)混入了印染廢水中。同時(shí)，新型染料朝著抗氧化、抗光解、耐酸堿腐蝕和抗微生物降解的方向發(fā)展，這就大大增加了印染廢水的處理難度和處理成本。

目前，國內(nèi)外處理印染廢水的方法主要有光催化氧化法、化學(xué)法、生物降解法和電解法。其中光催化氧化法由于效率低、降解時(shí)間長而未能得到廣泛的使用；化學(xué)法降解效率較高，但是由于成本過高且容易造成污染，未能得到廣泛應(yīng)用；生物降解法降解效率高、成本低，但是染料廢水中含有大量的難于生物降解甚至是具有生物毒性的化合物，因此直接采用生物降解法處理效果和速率并不理想；采用電解法的降解效率高，但是能耗巨大，未能得到廣泛應(yīng)用。在這種背景下，發(fā)展一種降解效率高，處理成本低，環(huán)境無污染，降解反應(yīng)條件溫和，耐酸堿腐蝕，工業(yè)化應(yīng)用前景大的處理方法來降解染料廢水是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題,提供一種降解效率高，處理成本低的采用納米壓電材料超聲降解染料廢水的方法。

在超聲作用下，廢水中的微氣泡由于超聲的空化作用會(huì)瞬間膨脹至爆炸。這種由于微氣泡爆炸產(chǎn)生的力作用在具有特殊形貌結(jié)構(gòu)的壓電材料上時(shí)，會(huì)使納米壓電材料產(chǎn)生形變。由于納米壓電材料的晶體對(duì)稱性較低，當(dāng)受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，晶胞中正負(fù)離子的相對(duì)位移使正負(fù)電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化，從而使納米壓電材料表面產(chǎn)生異號(hào)電荷。納米壓電材料產(chǎn)生的電荷促使水分解，產(chǎn)生一些有利于染料降解的活性粒子（如：、、）,這些活性離子使染料廢水中的有機(jī)染料分子降解。

納米壓電材料產(chǎn)生電荷降解染料廢水的機(jī)理如下所示：

納米壓電材料在施加超聲振動(dòng)產(chǎn)生的空化作用下，表面產(chǎn)生異號(hào)電荷（如：、）。

陽極：

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陰極：

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染料降解：??+?染料分子→?染料分子降解

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基于此研究，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種采用納米壓電材料超聲降解染料廢水的方法，其特征在于：首先將染料廢水倒入超聲波清洗槽中，隨后加入適量的納米壓電材料作為催化劑，最后選擇合適的超聲頻率對(duì)染料廢水進(jìn)行降解。

進(jìn)一步地說，所述納米壓電材料的形狀為棒狀、線狀、管狀、帶狀、樹枝狀中的一種；所述納米壓電材料的長度是0.1～100微米、直徑是1～1000納米。

進(jìn)一步地說，所述添加納米壓電材料的質(zhì)量與染料廢水的體積比值為0.002～0.4?g/ml。

進(jìn)一步地說，超聲降解染料廢水采用的超聲頻率為20～100?kHz。

進(jìn)一步地說，所述納米壓電材料選自氧化鋅、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛中的一種或幾種。

進(jìn)一步地說，所述超聲降解的染料廢水可以是酸性、堿性、中性的染料廢水中的一種。

進(jìn)一步地說，所述染料廢水在施加超聲振動(dòng)的過程中，增加紫外光或可見光照射，將光催化降解染料廢水與超聲降解染料廢水一同結(jié)合使用。

本發(fā)明對(duì)添加了納米壓電材料的染料廢水施加超聲振動(dòng)時(shí)，超聲振動(dòng)產(chǎn)生空化效應(yīng),空化效應(yīng)使得廢水中的微氣泡爆炸，對(duì)壓電納米棒（或納米線、納米管、納米帶、枝狀晶）產(chǎn)生作用力，使得其產(chǎn)生形變。由于壓電效應(yīng)，壓電納米棒（或納米線、納米管、納米帶、枝狀晶）兩端產(chǎn)生電荷，在電化學(xué)作用下，降解染料廢水中的染料分子。?

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）處理成本低，工業(yè)化應(yīng)用前景大。本發(fā)明所采用的壓電材料制備工藝簡單，原料價(jià)格低廉。（2）降解廢水的效率高，反應(yīng)條件溫和。采用該方法處理染料廢水去色效果好，降解染料廢水效率高達(dá)80%以上。（3）環(huán)境友好。（4）適用范圍廣。可以處理酸性、堿性或者中性的染料廢水。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和本發(fā)明的實(shí)施方式來做進(jìn)一步詳細(xì)說明。