[发明专利]一种清洁高效矿化偶氮染料的方法

说明书

本发明属于废水处理技术领域，一种清洁高效矿化偶氮染料的方法，包括可见光光源和MFCs，MFCs包括阳极室、阳极电极、阴极室、阴极电极、离子交换膜以及外电阻，阳极室避光。阴极电极为担载钨和/或钼氧化物、CdS或MoS₂的碳棒、碳布、碳粒、碳毡等的碳材料。阳极电极为碳材料；阳极电极附着电化学活性生物膜。阴极液组成为含偶氮染料的废水；阳极液为含有有机碳源的废水。阴极液持续曝氮气条件下光照，当光照下的阴极液变为无色后，持续通入的氮气转换为空气，然后向阴极液中加入Fe(III)后继续运行，从而实现偶氮染料的清洁高效矿化。本发明为一种同时矿化偶氮染料废水和市政等有机污水的新方法，过程副产电能，清洁环保。

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体的说是一种清洁的在微生物燃料电池中结合光催化还原与原位电芬顿氧化高效矿化偶氮染料的方法。

背景技术

偶氮染料产量占全球人工合成染料的50-70％，应用领域广泛。偶氮染料具有化学和生物稳定性、以及致癌、致畸、致突变的“三致”效应。伴随着偶氮染料的生产和使用，每年约有15％偶氮染料在染色过程中流失并最终进入废水(Rochkind et al.,Molecules2015,20:88-110)。因此，偶氮染料废水的处理引起了广泛关注。常用的偶氮染料废水处理方法有吸附法、膜过滤法和絮凝法等。这些方法只是对偶氮染料进行了相间的转移，并未实现矿化。生物法虽然能够实现偶氮染料的彻底矿化，但其矿化速率较低，且受到高浓度偶氮染料的毒性限制。不同于生物法，高级氧化法(芬顿法、电芬顿法和光催化法等)克服了偶氮染料的浓度限制，利用强氧化性的·OH将偶氮染料彻底矿化为CO₂和无机盐。其中的芬顿法是利用Fe(II)在酸性条件下催化H₂O₂生成·OH，但Fe(II)被氧化成Fe(III)后产生的大量污泥、H₂O₂的高成本以及运输和存储过程中的安全问题限制了其实际应用；电芬顿法克服了芬顿法的上述缺点，利用O₂发生二电子反应原位生成H₂O₂，并将Fe(III)还原成Fe(II)，实现循环利用，但存在着过程耗电量高、处理成本高等缺点。与高能耗的电芬顿法不同，光催化法利用半导体光催化材料(如TiO₂,ZnO,Fe₂O₃,ZnS和CdS)在自然光照射下产生·OH，具有清洁节能的优点，但存在着光能利用效率低等缺点。因此，寻找清洁、高效且无/低能耗的方法矿化偶氮染料，是人们关注的热点之一。