两种纳米氧化锰材料对印染废水处理的应用探究

剡根姣，王 艳，徐丽娟

（银川能源学院，宁夏银川 750105）

两种纳米氧化锰材料对印染废水处理的应用探究

剡根姣，王 艳，徐丽娟

（银川能源学院，宁夏银川 750105）

本文采用紫外分光光度法对八面体四氧化三锰和中空八面体四氧化三锰两种纳米氧化锰材料进行印染废水脱色效果的探究，以pH值、反应时间、反应温度、催化剂用量、COD去除率及脱色率为指标，考察了实验效果。实验结果表明，pH值在7.5～8.5范围内，反应温度为80℃，催化剂用量为2000mg/L，反应时间100min左右时，脱色率和COD的处理效果达到饱和，中空八面体四氧化三锰脱色率可达90%，COD去除率93%左右；八面体四氧化三锰脱色率可达75%，COD降低90%左右。对比发现，中空八面体四氧化三锰对印染废水的脱色效果优于八面体四氧化三锰。

八面体四氧化三锰；中空八面体四氧化三锰；COD去除率；脱色率

目前，全世界染料年总出产量在60万t以上，其中50%以上都用于纺织品染色，印染废水成为水污染的重点污染源。常见的印染废水含有偶氮基、芳香化合物、氨基等结构复杂的有机物，对饮水安全和生态环境造成了许多危害。印染废水的传统处理方法采用化学絮凝法、活性炭吸附、生物膜法等，效果不太明显[1-6]。因此，还需要不断的研究新的处理印染废水材料。随着纳米科学和纳米技术的发展，纳米吸附剂、纳米催化剂、生物活性纳米颗粒、纳米催化膜等为污水处理问题提供了大量可行途径[7-8]。本文通过制备两种纳米氧化锰材料，并经过亚甲基蓝的初筛实验选取实验条件，对印染废水进行COD去除率及脱色率实验，以期应用在印染废水的处理中。

1 实验材料与方法

1.1 实验试剂

KMnO4（高锰酸钾），无水乙醇，亚甲基蓝均为分析纯，所有药品全部购自国药化学试剂有限公司，使用前未经特殊处理。合成过程中和标准溶液的配置用水均为离子交换水。

1.2 实验仪器

电子天平（上海天平仪器厂）；磁力搅拌器（上海志威电器有限公司）；超声波清洗器（济宁超声电子仪器厂）；离心机（上海志威电器有限公司）；UV-265型紫外-可见光谱仪（日本岛津）。

1.3 实验检测方法

UV-Vis表征方法参考相关文献[9-10]；COD的检测方法参考国标GB/T 11914-1989《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》。通过XRD，SEM，TEM对其结构和微观形貌进行了表征，降解率的计算方法如下：

I0是初始溶液的紫外可见吸光度，I是给定时间体系的紫外可见吸光度。

经过对亚甲基蓝催化降解效果初筛，选取八面体四氧化三锰和中空八面体四氧化三锰两种催化效果较好的纳米氧化锰材料做为处理印染废水的研究对象。以宁夏灵武市某纺织有限公司的印染废水为研究对象，该废水外观为浅绿色，有轻微刺激性气味。以八面体四氧化三锰和中空八面体四氧化三锰纳米材料对其进行脱色率和COD去除率的实验。

2 结果与分析

2.1 纳米氧化锰材料的制备

八面体Mn3O4的制备：称取31.6 mg KMnO4超声溶解在盛有7.5ml离子交换水和7.5ml DMF的20ml聚四氟乙烯内衬中，于140℃水热反应12h。

中空八面体Mn3O4的制备：称取158 mg KMnO4超声溶解在盛有5ml甲酰胺和10ml离子交换水于20ml聚四氟乙烯内衬中，于140℃水热反应12h。

2.2 印染废水pH值对脱色率的影响

取印然废水100ml，静置取上层清液，取纳米氧化锰材料0.3mg，匀速搅拌下加入适量纳米氧化锰材料，用氢氧化钠溶液或硫酸溶液调节溶液pH值，搅拌反应一定时间后静置，取上层清液，于一定波长处测定溶液的吸光度，计算脱色率。考察溶液pH对印染废水脱色率的影响，结果如下图：

图1 印染废水pH值对脱色率的影响

从图1可以得出pH值在7.5～8.5范围内时，两种纳米氧化锰材料脱色率达到最大值，中空八面体脱色率为85%左右，八面体脱色率为76%左右。

2.3 反应温度对两种纳米氧化锰材料脱色率的影响

不同反应温度下对印染废水脱色率实验：取印然废水100mL，纳米氧化锰材料取样量为0.3mg，调节溶液pH值为7.5～8.5，匀速搅拌下加入适量纳米氧化锰材料，搅拌反应一定时间后静置，取上层清液，于一定波长处测定溶液的吸光度，计算脱色率。

从图2可以得出：反应温度为80℃时，脱色率达到最大值，并且趋于饱和状态，中空八面体脱色率为97%，八面体脱色率为89%。

图2 反应温度对印染废水脱色率的影响

2.4 不同反应时间下两种纳米氧化锰材料对COD去除率及脱色率的影响

取印染废水100mL，纳米氧化锰材料取样量为0.3mg，调节溶液pH值为7.5～8.5，匀速搅拌下加入适量纳米氧化锰材料，加热至80℃，搅拌反应一定时间后静置，取上层清液，于一定波长处测定溶液的吸光度，计算脱色率和COD含量。从图3可以得出：反应在100min左右，脱色率及COD去除率的处理效果将达到饱和状态，中空八面体COD去除率为85%、脱色率为94.3%左右；八面体COD为82%、脱色率为89%左右。

图3 两种纳米氧化锰材料在不同反应时间对COD去除率及脱色率的影响

2.5 不同催化剂用量对印染废水脱色率的影响

取印染废水100mL，纳米氧化锰材料取样量为0.3mg，调节溶液pH值为7.5～8.5，匀速搅拌下加入适量纳米氧化锰材料，加热至80℃，搅拌反应至100min后静置，取上层清液，于一定波长处测定溶液的吸光度，计算脱色率。从图4可以得出：催化剂用量到2 000mg/L时，两种纳米材料的脱色率将达到饱和状态，中空八面体脱色率为90%左右，八面体脱色率为75%左右。

2.6 不同催化剂用量对印染废水COD去除率的影响

取印染废水100mL，纳米氧化锰材料取样量为0.3mg，调节溶液pH值为7.5～8.5，匀速搅拌下加入适量纳米氧化锰材料，加热至80℃，搅拌反应至100min后静置，取上层清液，计算COD去除率。从图5可以得出：催化剂用量为200mg/L时，两种纳米氧化锰材料COD去除率可达最大值，中空八面体COD为93%，八面体COD为90%。

通过比较这两种氧化锰材料可以发现，两者对印染废水的COD去除率均可达到80%左右，但在同等用量和条件下，中空八面体四氧化三锰对印染废水的脱色率更高，对印染废水的脱色效果也更好。

图4 不同催化剂用量对脱色率的影响

图5 不同催化剂用量对COD去除率的影响

3 结论

以亚甲基蓝催化降解效果的初步实验，选取八面体四氧化三锰和中空八面体四氧化三锰两种催化效果较好的材料为研究对象，研究了它们在印染废水处理中的性能和应用。结果表明，两者对印染废水的COD去除率和脱色率效果明显，扩大了纳米氧化锰材料在污水处理领域的应用和影响，以期在印染废水处理领域开发应用。

[1] 孙凌凌，俞从正.印染废水的治理现状及展望[J].印染助剂，2009，26（12）：1-6.

[2] 温沁雪，王进，郑明明，等.印染废水深度处理技术的研究进展及发展趋势[J].化工环保，2015，35（4）：363-369.

[3] 王安，林春绵.生物活性炭技术在印染废水深度处理中的应用研究[J].安徽农业科学2013，41（16）：7302-7318.

[4] 孙根行，李敏，郭椙梓，等.印染废水生物活性炭深度处理研究[J].水处理技术，2011，37（2）：106-109.

[5] 陈强，黎中宝，陈阳生，等.新型海藻式膜生物反应器处理印染废水的应用研究[J].水处理技术，2010，36（1）：82-90.

[6] 孔德红，朱宝良，奚旦立.印染废水的陶瓷膜深度处理及回用[J].印染，2011，37（7）：34-36.

[7] 姚士芹，施文健，刘正豪，等.新生态二氧化锰对水中碱性染料的脱色作用[J].化学教育，2007，（12）：48-49.

[8] Xia Y N，Yang P D，Sun Y G.One-dimensional nanostructures synthesis，characterization and applications[J].Adv Mater，2003，15（5）：353-389.

[9] 王琳琳，吴锐，马晓东，等.钛酸酯偶联剂对纳米TiO2的表面改性及对其改性性能的影响[J].皮革与化工，2014，6（31）：20-23.

[10] 潘卉，陈珊珊，肖莎莎，等.TiO2/KH-550纳米微粒改性聚氨酯皮革涂饰剂的研究[J].皮革与化工，2015，32（3）：1-6.

[11] 剡根姣,鲁静,贺晓莹.不同形貌纳米氧化锰材料的制备及其在印染废水处理中的应用研究[J].皮革与化工,2017,34(4)：28-34.

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

银川能源学院校级科研项目（2015-KYY-08）

剡根姣（1986—），女，宁夏隆德人，讲师，主要研究方向为油品分析、天然产物开发利用、材料合成。