兩種納米氧化錳材料對印染廢水處理的應(yīng)用探究

剡根姣，王 艷，徐麗娟

（銀川能源學(xué)院，寧夏銀川 750105）

兩種納米氧化錳材料對印染廢水處理的應(yīng)用探究

剡根姣，王 艷，徐麗娟

（銀川能源學(xué)院，寧夏銀川 750105）

本文采用紫外分光光度法對八面體四氧化三錳和中空八面體四氧化三錳兩種納米氧化錳材料進(jìn)行印染廢水脫色效果的探究，以pH值、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、催化劑用量、COD去除率及脫色率為指標(biāo)，考察了實驗效果。實驗結(jié)果表明，pH值在7.5～8.5范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度為80℃，催化劑用量為2000mg/L，反應(yīng)時間100min左右時，脫色率和COD的處理效果達(dá)到飽和，中空八面體四氧化三錳脫色率可達(dá)90%，COD去除率93%左右；八面體四氧化三錳脫色率可達(dá)75%，COD降低90%左右。對比發(fā)現(xiàn)，中空八面體四氧化三錳對印染廢水的脫色效果優(yōu)于八面體四氧化三錳。

八面體四氧化三錳；中空八面體四氧化三錳；COD去除率；脫色率

目前，全世界染料年總出產(chǎn)量在60萬t以上，其中50%以上都用于紡織品染色，印染廢水成為水污染的重點污染源。常見的印染廢水含有偶氮基、芳香化合物、氨基等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物，對飲水安全和生態(tài)環(huán)境造成了許多危害。印染廢水的傳統(tǒng)處理方法采用化學(xué)絮凝法、活性炭吸附、生物膜法等，效果不太明顯[1-6]。因此，還需要不斷的研究新的處理印染廢水材料。隨著納米科學(xué)和納米技術(shù)的發(fā)展，納米吸附劑、納米催化劑、生物活性納米顆粒、納米催化膜等為污水處理問題提供了大量可行途徑[7-8]。本文通過制備兩種納米氧化錳材料，并經(jīng)過亞甲基藍(lán)的初篩實驗選取實驗條件，對印染廢水進(jìn)行COD去除率及脫色率實驗，以期應(yīng)用在印染廢水的處理中。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗試劑

KMnO4（高錳酸鉀），無水乙醇，亞甲基藍(lán)均為分析純，所有藥品全部購自國藥化學(xué)試劑有限公司，使用前未經(jīng)特殊處理。合成過程中和標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置用水均為離子交換水。

1.2 實驗儀器

電子天平（上海天平儀器廠）；磁力攪拌器（上海志威電器有限公司）；超聲波清洗器（濟(jì)寧超聲電子儀器廠）；離心機(jī)（上海志威電器有限公司）；UV-265型紫外-可見光譜儀（日本島津）。

1.3 實驗檢測方法

UV-Vis表征方法參考相關(guān)文獻(xiàn)[9-10]；COD的檢測方法參考國標(biāo)GB/T 11914-1989《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鹽法》。通過XRD，SEM，TEM對其結(jié)構(gòu)和微觀形貌進(jìn)行了表征，降解率的計算方法如下：

I0是初始溶液的紫外可見吸光度，I是給定時間體系的紫外可見吸光度。

經(jīng)過對亞甲基藍(lán)催化降解效果初篩，選取八面體四氧化三錳和中空八面體四氧化三錳兩種催化效果較好的納米氧化錳材料做為處理印染廢水的研究對象。以寧夏靈武市某紡織有限公司的印染廢水為研究對象，該廢水外觀為淺綠色，有輕微刺激性氣味。以八面體四氧化三錳和中空八面體四氧化三錳納米材料對其進(jìn)行脫色率和COD去除率的實驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米氧化錳材料的制備

八面體Mn3O4的制備：稱取31.6 mg KMnO4超聲溶解在盛有7.5ml離子交換水和7.5ml DMF的20ml聚四氟乙烯內(nèi)襯中，于140℃水熱反應(yīng)12h。

中空八面體Mn3O4的制備：稱取158 mg KMnO4超聲溶解在盛有5ml甲酰胺和10ml離子交換水于20ml聚四氟乙烯內(nèi)襯中，于140℃水熱反應(yīng)12h。

2.2 印染廢水pH值對脫色率的影響

取印然廢水100ml，靜置取上層清液，取納米氧化錳材料0.3mg，勻速攪拌下加入適量納米氧化錳材料，用氫氧化鈉溶液或硫酸溶液調(diào)節(jié)溶液pH值，攪拌反應(yīng)一定時間后靜置，取上層清液，于一定波長處測定溶液的吸光度，計算脫色率。考察溶液pH對印染廢水脫色率的影響，結(jié)果如下圖：

圖1 印染廢水pH值對脫色率的影響

從圖1可以得出pH值在7.5～8.5范圍內(nèi)時，兩種納米氧化錳材料脫色率達(dá)到最大值，中空八面體脫色率為85%左右，八面體脫色率為76%左右。

2.3 反應(yīng)溫度對兩種納米氧化錳材料脫色率的影響

不同反應(yīng)溫度下對印染廢水脫色率實驗：取印然廢水100mL，納米氧化錳材料取樣量為0.3mg，調(diào)節(jié)溶液pH值為7.5～8.5，勻速攪拌下加入適量納米氧化錳材料，攪拌反應(yīng)一定時間后靜置，取上層清液，于一定波長處測定溶液的吸光度，計算脫色率。

從圖2可以得出：反應(yīng)溫度為80℃時，脫色率達(dá)到最大值，并且趨于飽和狀態(tài)，中空八面體脫色率為97%，八面體脫色率為89%。

圖2 反應(yīng)溫度對印染廢水脫色率的影響

2.4 不同反應(yīng)時間下兩種納米氧化錳材料對COD去除率及脫色率的影響

取印染廢水100mL，納米氧化錳材料取樣量為0.3mg，調(diào)節(jié)溶液pH值為7.5～8.5，勻速攪拌下加入適量納米氧化錳材料，加熱至80℃，攪拌反應(yīng)一定時間后靜置，取上層清液，于一定波長處測定溶液的吸光度，計算脫色率和COD含量。從圖3可以得出：反應(yīng)在100min左右，脫色率及COD去除率的處理效果將達(dá)到飽和狀態(tài)，中空八面體COD去除率為85%、脫色率為94.3%左右；八面體COD為82%、脫色率為89%左右。

圖3 兩種納米氧化錳材料在不同反應(yīng)時間對COD去除率及脫色率的影響

2.5 不同催化劑用量對印染廢水脫色率的影響

取印染廢水100mL，納米氧化錳材料取樣量為0.3mg，調(diào)節(jié)溶液pH值為7.5～8.5，勻速攪拌下加入適量納米氧化錳材料，加熱至80℃，攪拌反應(yīng)至100min后靜置，取上層清液，于一定波長處測定溶液的吸光度，計算脫色率。從圖4可以得出：催化劑用量到2 000mg/L時，兩種納米材料的脫色率將達(dá)到飽和狀態(tài)，中空八面體脫色率為90%左右，八面體脫色率為75%左右。

2.6 不同催化劑用量對印染廢水COD去除率的影響

取印染廢水100mL，納米氧化錳材料取樣量為0.3mg，調(diào)節(jié)溶液pH值為7.5～8.5，勻速攪拌下加入適量納米氧化錳材料，加熱至80℃，攪拌反應(yīng)至100min后靜置，取上層清液，計算COD去除率。從圖5可以得出：催化劑用量為200mg/L時，兩種納米氧化錳材料COD去除率可達(dá)最大值，中空八面體COD為93%，八面體COD為90%。

通過比較這兩種氧化錳材料可以發(fā)現(xiàn)，兩者對印染廢水的COD去除率均可達(dá)到80%左右，但在同等用量和條件下，中空八面體四氧化三錳對印染廢水的脫色率更高，對印染廢水的脫色效果也更好。

圖4 不同催化劑用量對脫色率的影響

圖5 不同催化劑用量對COD去除率的影響

3 結(jié)論

以亞甲基藍(lán)催化降解效果的初步實驗，選取八面體四氧化三錳和中空八面體四氧化三錳兩種催化效果較好的材料為研究對象，研究了它們在印染廢水處理中的性能和應(yīng)用。結(jié)果表明，兩者對印染廢水的COD去除率和脫色率效果明顯，擴(kuò)大了納米氧化錳材料在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用和影響，以期在印染廢水處理領(lǐng)域開發(fā)應(yīng)用。

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Application of two Kinds of Nano Manganese Oxide Materials in Printing and Dyeing Wastewater Treatment

Yan Gen-jiao，Wang Yan，Xu Li-juan

This paper research by UV Spectrophotometry in eight face four three and eight manganese oxide hollow body four oxidation three manganese two nano manganese oxide materials for printing and dyeing wastewater decolorization effect，pH value，reaction time，reaction temperature，catalyst dosage，COD removal rate and decoloration rate as the index，the experimental effect.The experimental results show that the pH value in the range of 7.5～8.5，the reaction temperature is 80 DEG C，the amount of catalyst is 2000mg/L，the reaction time is about 100min，the treatment effect of decolorization and COD reaches saturation，the hollow eight face three manganese oxide four decolorization rate is 90%，the removal rate of COD is about 93%；eight face four three manganese oxide the decolorization rate can reach 75%，COD decreased about 90%.It is found that the decoloration effect of the hollow eight face four oxidation three manganese on printing and dyeing wastewater is better than that of eight face four oxidation three manganese.

eight surface four oxidation three manganese；hollow eight surface four oxidation three manganese；COD removal rate；decolorization rate

X788

B

1003-6490（2017）12-0074-02

2017-10-07

銀川能源學(xué)院校級科研項目（2015-KYY-08）

剡根姣（1986—），女，寧夏隆德人，講師，主要研究方向為油品分析、天然產(chǎn)物開發(fā)利用、材料合成。