公布日：2023.12.19
申請(qǐng)日：2023.10.16
分類號(hào)：B01J20/04(2006.01)I;B01J20/30(2006.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種彩膜廢水脫色劑，100mL脫色劑由10mL氨水、30mL絡(luò)合劑、55mL二價(jià)鐵鹽與羥基磷酸鈣的水溶液以及5mL穩(wěn)定劑組成。本發(fā)明還公開了上述彩膜廢水脫色劑的制備方法。本發(fā)明脫色劑使用的堿式羥基磷酸鈣(HAP)具有大的比表面積，能良好的與亞鐵鹽附著，使亞鐵離子與磷酸根和其他絡(luò)合物形成的配合物結(jié)合十分緊密，不易脫落的同時(shí)亞鐵離子負(fù)載量高進(jìn)而有效增大本發(fā)明脫色劑對(duì)廢水中色度和COD的去除效率。
權(quán)利要求書
1.一種彩膜廢水脫色劑，其特征在于：100mL脫色劑由10mL氨水、30mL絡(luò)合劑、55mL二價(jià)鐵鹽與羥基磷酸鈣的水溶液以及5mL穩(wěn)定劑組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩膜廢水脫色劑，其特征在于：所述二價(jià)鐵鹽為四水合氯化亞鐵，四水合氯化亞鐵粉末的純度在95％以上，目數(shù)在100目以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩膜廢水脫色劑，其特征在于：所述羥基磷酸鈣純度在96％以上，經(jīng)機(jī)械研磨后目數(shù)在125目以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的彩膜廢水脫色劑，其特征在于：二價(jià)鐵鹽與羥基磷酸鈣的水溶液采用如下方法配制而成：往100mL水中加入20～25g四水合氯化亞鐵和8～10g羥基磷酸鈣粉末制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩膜廢水脫色劑，其特征在于：所述絡(luò)合劑通過將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～30％的EDTA水溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的氨水按體積比2：1～1.5混合而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩膜廢水脫色劑，其特征在于：所述穩(wěn)定劑為濃度為0.1～1mol/L的磷酸氫二銨溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩膜廢水脫色劑，其特征在于：所述氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～30％。
8.權(quán)利要求1所述的彩膜廢水脫色劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)按Fe2+：Ca2+＝1.254～1.256：1的摩爾比向球磨機(jī)中加入羥基磷酸鈣粗粉與四水合氯化亞鐵粉末，經(jīng)過機(jī)械球磨后，收集磨粉于容器內(nèi)；(2)向上述混合粉末中加入配方量的水，得到二價(jià)鐵鹽與羥基磷酸鈣的水溶液，再往其中加入配方量的絡(luò)合劑和氨水，使混合溶液為弱堿性；攪拌5～15分鐘后靜置得到溶液A；(3)往溶液A中緩慢加入配方量的穩(wěn)定劑，在20～30℃下使用超聲波振蕩器振蕩2～4h，在絡(luò)合劑的作用下形成分散的鐵/羥基磷酸鈣配合物溶液B；(4)將鐵/羥基磷酸鈣配合物溶液B靜置2～4h后，排除上部澄清溶液，得到脫色劑原液C。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的彩膜廢水脫色劑的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500～600r/min，研磨后顆粒粒徑為0.075～0.15mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的彩膜廢水脫色劑的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，于100rpm/min轉(zhuǎn)速下攪拌5～15分鐘后靜置得到溶液A。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的：本發(fā)明目的旨在提供一種能夠使彩膜廢水出水色度大幅降低，沉淀分離效果良好的彩膜廢水脫色劑；本發(fā)明另一目的提供上述彩膜廢水脫色劑的制備方法。
技術(shù)方案：本發(fā)明所述的彩膜廢水脫色劑，100mL脫色劑由10mL氨水、30mL絡(luò)合劑、55mL二價(jià)鐵鹽與羥基磷酸鈣的水溶液以及5mL穩(wěn)定劑組成。
其中，所述二價(jià)鐵鹽為四水合氯化亞鐵，四水合氯化亞鐵粉末的純度在95％以上，目數(shù)在100目以上。四水合氯化亞鐵粉末為工業(yè)純度，其中氯化亞鐵含量在99％以上。
其中，所述羥基磷酸鈣純度在96％以上，經(jīng)機(jī)械研磨后目數(shù)在125目以上；晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系或單斜晶系。
其中，所述二價(jià)鐵鹽與羥基磷酸鈣的水溶液采用如下方法配制而成：往100mL水中加入20g四水合氯化亞鐵和8g羥基磷酸鈣粉末制成。
其中，所述絡(luò)合劑通過將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～30％的EDTA水溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的氨水按體積比2：1混合而成。絡(luò)合劑參與絡(luò)合反應(yīng)，稀氨水提供弱堿環(huán)境，防止亞鐵離子氧化，同時(shí)增加表面張力，使納米顆粒均勻分散。
其中，所述穩(wěn)定劑為濃度為0.1～1mol/L的磷酸氫二銨溶液。
其中，所述氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％。
上述彩膜廢水脫色劑的制備方法，包括如下步驟：
(1)按Fe2+：Ca2+＝1.254～1.256：1的摩爾比向球磨機(jī)中加入羥基磷酸鈣粗粉與四水合氯化亞鐵粉末，經(jīng)過機(jī)械球磨后，收集磨粉于容器內(nèi)；
(2)向上述混合粉末中加入配方量的水，得到二價(jià)鐵鹽與羥基磷酸鈣的水溶液，再往其中加入配方量的絡(luò)合劑和氨水，使混合溶液為弱堿性；攪拌5～15分鐘后靜置得到溶液A；堿性環(huán)境下，能夠抑制Fe2+被氧化成Fe3+；同時(shí)氨水還能夠防止細(xì)微的納米顆粒發(fā)生團(tuán)聚，使其分散更均勻；
(3)往溶液A中緩慢加入配方量的穩(wěn)定劑，在20～30℃下使用超聲波振蕩器振蕩2～4h，在絡(luò)合劑的作用下形成分散的鐵/羥基磷酸鈣配合物溶液B；亞鐵離子取代鈣離子；
(4)將鐵/羥基磷酸鈣配合物溶液B靜置2～4h后，排除上部澄清溶液，得到脫色劑原液C；應(yīng)用時(shí)，將脫色劑原液C稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的工作液。在靜置后會(huì)在溶液的上層有分層現(xiàn)象，需要將上層的少部分澄清溶液排除，留下大部分分散較好的懸濁液作為脫色劑的有效成分。
其中，步驟(1)中，所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500～600r/min，研磨后顆粒粒徑為0.075～0.15mm；球磨罐材質(zhì)為不銹鋼、碳化鎢或氧化鋯中的一種；球體材質(zhì)為鋼球或陶瓷球。
其中，步驟(2)中，于100rpm/min轉(zhuǎn)速下攪拌5～15分鐘后靜置得到溶液A。
通過超聲環(huán)境載亞鐵納米(通過研磨，顆粒與顆粒在研磨過程中相互碰撞切割，形成大量納米級(jí)的顆粒)羥基磷酸鈣與絡(luò)合物結(jié)合后形成鐵/羥基磷酸鈣配合物，投入到水中后形成類芬頓反應(yīng)體系，該體系在水中將水體中分子氧原位活化為·O2(羥基自由基、超氧自由基)，鐵/羥基磷酸鈣配合物會(huì)形成面氧空位(氧缺陷)，該結(jié)構(gòu)通過雙電子傳遞產(chǎn)生O2-，同時(shí)水與氧氣在Fe2+～HAP絡(luò)合物的原位電子轉(zhuǎn)移作用下產(chǎn)生羥基自由基；HAP起骨架作用，防止絡(luò)合后的亞鐵過早脫落，而無法與配合物形成配體來活化分子氧。活化反應(yīng)中鐵/羥基磷酸鈣配合物中的Fe通過面氧空位的電子轉(zhuǎn)移機(jī)制，將水中氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)槌蹶庪x子自由基O2-；自由基在氫離子作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基自由基，而羥基自由基具有較高的氧化性，在特定pH條件下，Fe2+從HAP骨架下脫落后至廢水中，通過調(diào)節(jié)溶液的pH(變成酸性，將Fe2+氧化成Fe3+)產(chǎn)生混凝沉淀反應(yīng)，通過吸附卷掃作用去除大量懸浮性雜質(zhì)和部分有機(jī)物。
有益效果：相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下顯著的效果：(1)本發(fā)明脫色劑使用的堿式羥基磷酸鈣(HAP)具有大的比表面積，能良好的與亞鐵鹽附著，使亞鐵離子與磷酸根和其他絡(luò)合物形成的配合物結(jié)合十分緊密，不易脫落的同時(shí)亞鐵離子負(fù)載量高從而有效增大本發(fā)明脫色劑對(duì)廢水中色度和COD的去除效率；(2)羥基磷酸鈣擁有高的比表面積，還能夠大大增加其表面Fe2+附著的活性位點(diǎn)數(shù)量，分子氧經(jīng)過HAP-Fe(羥基磷酸鈣/鐵配合物)的催化與電子轉(zhuǎn)移，形成超氧自由基，超氧自由基與水作用產(chǎn)生羥基自由基，產(chǎn)生的大量羥基自由對(duì)彩膜廢水中偶氮類和蒽醌類物質(zhì)具有良好的降解效果；(3)類芬頓反應(yīng)使得水中色度物質(zhì)經(jīng)過氧化反應(yīng)后與鐵氫氧化物沉淀形成共沉，且不易反溶至水中，從而增加了脫色效果的穩(wěn)定性；即鐵的配合物在反應(yīng)結(jié)束后形成三價(jià)鐵游離離子，經(jīng)過回調(diào)溶液pH至中性偏弱堿，形成氫氧化鐵的絮體，氫氧化鐵的絮體對(duì)其他懸浮物質(zhì)起吸附架橋作用，從而將色度懸浮性顆粒一起沉淀；(4)脫色劑進(jìn)行反應(yīng)結(jié)束后，不會(huì)使水中的氧化還原電位大幅波動(dòng)，對(duì)微生物無毒性，從而使后續(xù)生物處理能更穩(wěn)定運(yùn)行。
（發(fā)明人：熊江磊;張浩;羅嘉豪;楊祖博;郭宇彬;申季剛;徐強(qiáng);陸晟星;馮騫）
