[發明專利]富含醌型結構的磁性納米材料的制備方法、及其在厭氧污泥處理偶氮染料廢水中的應用

在審

• 申請號: 201910365575.6
• 申請日: 2019-05-01
• 公開（公告）號: CN110066013A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 虞磊;宋宇航;華景秋;汪子陽;常鐘月;韓雪;項良銳
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F3/34;C02F103/30;C02F101/30
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 王清義

本發明提供一種磁性納米醌型復合材料，為指甲花醌、氧化石墨烯、Fe²⁺三元復合體系構成的磁性富含醌型結構的納米材料。并公開了其制備方法及其在促進厭氧污泥降解含有偶氮染料廢水中的應用。本發明材料，一方面富含醌型官能團，能大幅度地提高厭氧微生物的胞外電子傳遞速率；另一方面材料粒徑為納米尺度，在水中分散性較好，能與微生物菌群充分接觸，提高了傳質效率；因而在廢水處理系統中投加此種復合材料有效地提升了對偶氮染料的生物降解效率；同時，合成的醌型納米復合材料具備磁性，利用外加磁場可以將這種復合材料與污水進行有效地分離，可實現納米材料的回收和循環利用，避免了材料的隨水流失，控制了此類廢水處理的成本。

技術領域

本發明涉及一種富含醌型結構的磁性納米材料的制備方法及其在厭氧污泥處理偶氮染料廢水中的應用，屬于污水生物處理技術領域。

背景技術

我國印染廢水的主要來源是染色廢水(占80％)，其成分復雜、色度高、COD和BOD高、難生物降解等眾多特點。由于偶氮染料是目前印染行業使用最多的一類染料，偶氮染料廢水直接排放到水體中會抑制水生植物的光合作用、消耗水體的溶解氧、嚴重破壞生態系統和威脅人類健康。因此，有效解決染料廢水的污染問題顯的尤為重要。

目前，偶氮染料處理方法主要包含物理法、化學法和生物法三大類，前兩種方法雖高效、便捷，但存在著處理成本高、易產生二次污染等缺點；相較于物理、化學等處理方法，厭氧生物處理技術因具有運行成本低、環境友好的優點，已被廣泛應用到印染廢水處理領域中。然而，脫色還原速率低下仍然是當前生物法處理印染廢水存在的最主要問題之一。

我國環境工作者在染料廢水處理領域也做了一些工作：譬如，中國專利申請號201710598541.2，發明名稱為：一種磁性聚合物染料吸附劑的制備方法，該發明公開了一種磁性聚合物染料吸附劑的制備方法，該發明方法采用改良化學共沉淀法制備磁性材料，然后將制備的磁性材料與功能性單體進行共聚得到多層級交聯結構和多種吸附基團的磁性聚合物染料吸附劑。由于磁性納米材料因其自身特有的大比表面積、豐富的活性點及高磁性等優點可以對染料有著巨大的吸附能力，在外部磁場的作用下，可以實現染料和母液的快速分離。該發明提出的是基于吸附法的物理性去除方式，雖實現了染料由水相向固相的轉移，但未實現對染料實質性降解和轉化，處理劑成本較高，且形成的吸附劑廢物一般被認定為危險廢棄物，因而進一步提升了工藝本身的處理成本。

針對物理吸附法去除印染廢水存在的成本問題，中國專利申請號201810916226.4，發明名稱為：偶氮染料金橙II的厭氧生物降解方法以及廢水的處理方法，公開了一種利用厭氧微生物降解偶氮染料的處理方法。該發明方法以甲烷作為電子供體，偶氮染料作為電子受體，采用反硝化厭氧甲烷氧化古菌(DAMO)對染料進行生物降解。該發明專利解決了在偶氮染料廢水處理方面的經濟問題以及二次污染等問題，但是尚存在著電子傳遞速率低，染料廢水降解速率慢，廢水降解周期長等問題并沒有得到有效地解決。

經檢索，戴建軍等(201610727187.4)公開了“一種利用鐵碳芬頓預處理-UBF-A/O處理染料廢水的系統及其方法”，該方法主要聯合了物化處理系統、生物處理系統等聯合工藝來處理染料廢水，該工藝方法通過破壞大分子有機物結構、降低了廢水對生化污泥的毒性、提高廢水的可生化性，從而提升了印染廢水的處理效率；但是該公開發明中需投加的大量化學試劑易造成二次污染，以及工藝的流程繁冗，管理不便，較難實現其在實際印染廢水處理中的廣泛應用。

針對物理吸附成本較高、生物法處理效率低、物化與生物法聯合工藝繁瑣且投加化學試劑存在的環境風險問題，本專利采用了醌型化合物(Lawsone)與GO、Fe²⁺等合成納米材料，與生物法聯用的處理方式來解決印染廢水處理過程中存在的上述問題。該磁性納米材料投加到生物法處理染料廢水的工藝過程中，不僅可以加快生物降解過程中電子的傳遞，提高了生物降解染料廢水的速率，有效地解決了廢水降解周期長的問題；還能夠通過外加磁場實現對磁性納米材料的有效回收，從而避免了醌型化合物隨水流失而帶來的二次污染問題。

發明內容