公布日：2023.12.19
申請日：2023.10.16
分類號：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絡合劑、55mL二價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合物形成的配合物結合十分緊密，不易脫落的同時亞鐵離子負載量高進而有效增大本發(fā)明脫色劑對廢水中色度和COD的去除效率。
權利要求書
1.一種彩膜廢水脫色劑，其特征在于：100mL脫色劑由10mL氨水、30mL絡合劑、55mL二價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)權利要求1所述的彩膜廢水脫色劑，其特征在于：所述二價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)機械研磨后目數(shù)在125目以上。
4.根據(jù)權利要求2所述的彩膜廢水脫色劑，其特征在于：二價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)權利要求1所述的彩膜廢水脫色劑，其特征在于：所述絡合劑通過將質量分數(shù)為20～30％的EDTA水溶液和質量分數(shù)為20％的氨水按體積比2：1～1.5混合而成。
6.根據(jù)權利要求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：所述氨水的質量分數(shù)為20～30％。
8.權利要求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的摩爾比向球磨機中加入羥基磷酸鈣粗粉與四水合氯化亞鐵粉末，經(jīng)過機械球磨后，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，得到二價鐵鹽與羥基磷酸鈣的水溶液，再往其中加入配方量的絡合劑和氨水，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，所述球磨機轉速為500～600r/min，研磨后顆粒粒徑為0.075～0.15mm。
10.根據(jù)權利要求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絡合劑、55mL二價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)機械研磨后目數(shù)在125目以上；晶體結構為六方晶系或單斜晶系。
其中，所述二價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，所述絡合劑通過將質量分數(shù)為20～30％的EDTA水溶液和質量分數(shù)為20％的氨水按體積比2：1混合而成。絡合劑參與絡合反應，稀氨水提供弱堿環(huán)境，防止亞鐵離子氧化，同時增加表面張力，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，所述氨水的質量分數(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的摩爾比向球磨機中加入羥基磷酸鈣粗粉與四水合氯化亞鐵粉末，經(jīng)過機械球磨后，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，得到二價鐵鹽與羥基磷酸鈣的水溶液，再往其中加入配方量的絡合劑和氨水，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+；同時氨水還能夠防止細微的納米顆粒發(fā)生團聚，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；應用時，將脫色劑原液C稀釋成質量分數(shù)為10％的工作液。在靜置后會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，所述球磨機轉速為500～600r/min，研磨后顆粒粒徑為0.075～0.15mm；球磨罐材質為不銹鋼、碳化鎢或氧化鋯中的一種；球體材質為鋼球或陶瓷球。
其中，步驟(2)中，于100rpm/min轉速下攪拌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，形成大量納米級的顆粒)羥基磷酸鈣與絡合物結合后形成鐵/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形成面氧空位(氧缺陷)，該結構通過雙電子傳遞產(chǎn)生O2-，同時水與氧氣在Fe2+～HAP絡合物的原位電子轉移作用下產(chǎn)生羥基自由基；HAP起骨架作用，防止絡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�；罨磻需F/羥基磷酸鈣配合物中的Fe通過面氧空位的電子轉移機制，將水中氧氣轉變?yōu)槌蹶庪x子自由基O2-；自由基在氫離子作用下轉變?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，通過吸附卷掃作用去除大量懸浮性雜質和部分有機物。
有益效果：相比于現(xiàn)有技術，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合物形成的配合物結合十分緊密，不易脫落的同時亞鐵離子負載量高從而有效增大本發(fā)明脫色劑對廢水中色度和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彩膜廢水中偶氮類和蒽醌類物質具有良好的降解效果；(3)類芬頓反應使得水中色度物質經(jīng)過氧化反應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結束后形成三價鐵游離離子，經(jīng)過回調溶液pH至中性偏弱堿，形成氫氧化鐵的絮體，氫氧化鐵的絮體對其他懸浮物質起吸附架橋作用，從而將色度懸浮性顆粒一起沉淀；(4)脫色劑進行反應結束后，不會使水中的氧化還原電位大幅波動，對微生物無毒性，從而使后續(xù)生物處理能更穩(wěn)定運行。
（發(fā)明人：熊江磊;張浩;羅嘉豪;楊祖博;郭宇彬;申季剛;徐強;陸晟星;馮騫）
