UV/Fenton/檸檬酸體系分解茜素紅的研究

高 航，王金磊，馬 威，邱金磊，李松田*

(1.平頂山學(xué)院，河南 平頂山 467000；2.河南省實(shí)驗(yàn)中學(xué)，河南 鄭州 450002)

UV/Fenton/檸檬酸體系分解茜素紅的研究

高 航1，王金磊2，馬 威1，邱金磊1，李松田1*

(1.平頂山學(xué)院，河南 平頂山 467000；2.河南省實(shí)驗(yàn)中學(xué)，河南 鄭州 450002)

以檸檬酸為活化劑，采用UV/Fenton法進(jìn)行了降解茜素紅溶液的實(shí)驗(yàn)?？疾炝薋e2+投加量、H2O2的投加量、pH值、底物濃度等對脫色率的影響。結(jié)果顯示，UV/Fenton/檸檬酸體系對茜素紅有較好的去除效果。在Fe2+的濃度為0.1g/L，30%H2O2的加入量4mL，pH值為3.5左右，反應(yīng)時(shí)間為60min，茜素紅去除率達(dá)到95%以上。

Fenton試劑；茜素紅；催化氧化；檸檬酸

染料廢水是幾種難以治理的行業(yè)性廢水之一，是我國水域的重要污染源，其水質(zhì)成分復(fù)雜，色度、濁度、COD等指標(biāo)高，處理達(dá)標(biāo)率不高。傳統(tǒng)的水處理工藝還存在著一些局限性。Fenton反應(yīng)是一種高級氧化技術(shù)中被普遍認(rèn)可的一種，與其它高級氧化工藝相比，具有反應(yīng)快速、操作簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。Fenton反應(yīng)如果輔以其它處理技術(shù)，則會達(dá)到更為理想的效果。如光助-Fenton氧化法，化學(xué)絮凝-Fenton氧化聯(lián)合處理法，連續(xù)式光助Fenton氧化-生化反應(yīng)法，超聲波/光Fenton聯(lián)合法，微波輔助-光助Fenton氧化法等[1-4]，也有添加助劑的Fenton氧化法[5-6]。檸檬酸是一種三羧酸類化合物，在食品、化工、紡織、醫(yī)藥等領(lǐng)域用途廣泛，還可用作除味脫臭劑、細(xì)菌抑制劑、煙氣脫硫劑、清除有害金屬、防止色素沉著等。在污染物的去除研究中，還被用作活化助劑。本課題設(shè)計(jì)了UV/Fenton/檸檬酸光催化反應(yīng)體系，以茜素紅為底物進(jìn)行有機(jī)染料去除的實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

FA2004電子天平(上海方瑞儀器有限公司)，GHX-2光化學(xué)反應(yīng)儀(揚(yáng)州大學(xué)城科技有限公司)，梅特勒pH計(jì)(泉州市美邦儀器公司)，722分光光度計(jì)(上海儀電-分析儀器總廠)。

1.2 主要試劑

過氧化氫(30%)(分析純，天津市北辰方正試劑廠)；硫酸亞鐵(分析純，焦作市豐大科技有限公司)；茜素紅(分析純，湖北康寶泰精細(xì)化工有限公司)；檸檬酸(分析純，江蘇歌得諾貝生物化工有限公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

配制濃度為210mg/L茜素紅溶液，稀釋若干倍后加入反應(yīng)瓶中，加入按要求配制的Fenton試劑，加入活化劑檸檬酸，測定溶液的初始吸光度A0。在400W高壓汞燈下照射下進(jìn)行光催化反應(yīng)，每隔一定時(shí)間取樣測定溶液的吸光度Ai，計(jì)算脫色率η。

η(%)=(A0-Ai)/ A0×100%

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 Fe2+濃度的影響

Fe2+是催化H2O2產(chǎn)生活性自由基·OH的必要條件。Fe2+濃度很高時(shí)，會有大量羥基自由基生成，部分·OH直接消耗Fe2+，從而使降解率降低。Fe2+濃度降低會影響·OH的產(chǎn)生量和產(chǎn)生速率。在適量Fe2+存在的情況下，H2O2分解出足量的·OH促使反應(yīng)的進(jìn)行。

在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的 H2O2用量0.5mL，反應(yīng)時(shí)間為60min,其它條件不變的情況下，用0.5mol/L的HCl溶液和0.5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值3.5左右，不同F(xiàn)e2+(0.08g/L,0.09g/L,0.1g/L,0.12g/L)的濃度對脫色率的影響如圖1所示。

(a) c Fe2+=0.10g/L；(b) c Fe2+=0.12g/L； (c) c Fe2+=0.09g/L，(d) c Fe2+=0.08g/L圖1 Fe2+濃度對茜素紅脫色率的影響

由此可知, Fe2+是影響脫色率的一個(gè)重要因素。實(shí)驗(yàn)中隨Fe2+濃度增大，底物的脫色率加快，當(dāng)Fe2+濃度達(dá)到0.1g/L時(shí)，茜素紅的脫色率趨于穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)選用溶液Fe2+濃度為0.1g/L。

2.2 pH值的影響

在其它條件不變情況下，用0.5mol/L的HCl溶液和0.5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值分別為：2.185、3.245、4.707和6.640，在反應(yīng)時(shí)間為60min時(shí)，研究pH值對茜素紅催化降解的影響。如圖2所示。

(a) pH值2.185;(b) pH值3.425;(c)pH值4.707;(d) pH值6.640圖2 pH值對茜素紅脫色率的影響

pH值的變化直接影響到UV/Fenton的氧化能力。由圖2可知，本實(shí)驗(yàn)中pH值在3.0到4.0之間時(shí)具有較高的降解效率，此時(shí)由于Fe2+和Fe(OH)2+促進(jìn)了H2O2的分解，產(chǎn)生了大量的具有強(qiáng)氧化性的·OH，從而使茜素紅氧化降解。茜素紅隨pH值增高，光降解速率呈下降趨勢。本實(shí)驗(yàn)選用的pH值為3.5。

2.3 H2O2濃度的影響

在Fe2+的濃度為0.1g/L，反應(yīng)時(shí)間為60min，其它條件不變情況下，用0.5mol/L的HCl溶液和0.5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值3.5左右，不同H2O2的加入量(1mL-5mL)對茜素紅降解率的影響如圖3所示。

從圖3可以看出，增加H2O2的投入量，體系的脫色率增大。本實(shí)驗(yàn)體系選用H2O2的加入量為4mL。

(a) 5mL；(b) 4mL；(c) 2mL；(d) 1mL圖3 H2O2加入量對茜素紅脫色率的影響

2.4 底物濃度的影響

在其它條件不變情況下，調(diào)節(jié)茜素紅溶液稀釋倍數(shù)(2倍、4倍、8倍、10倍)對茜素紅降解率的影響如圖4所示。

(a) 稀釋10倍；(b) 稀釋8倍；(c)稀釋4倍；(d) 稀釋2倍圖4 底物濃度對茜素紅脫色率的影響

由圖4可知，隨著樣品溶液濃度的增加，茜素紅的脫色率隨之降低，可見體系對于有機(jī)染料的氧化降解程度是有限的，在一定的濃度下可以達(dá)到很好的脫色效果，在濃度很高時(shí)需要考慮吸附、濾膜等預(yù)處理手段。

3 結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示UV/ Fenton /檸檬酸體系對于茜素紅染料的處理是有效的，檸檬酸對光催化氧化具有促進(jìn)作用。

(2)UV/Fenton/檸檬酸體系對于其它有機(jī)染料的去除效果尚待研究，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況選擇處理手段。

[1] 尤克非,石健,張彥.超聲波-Fenton法協(xié)同降解含表面活性劑SDS弱酸艷紅染料廢水的研究[J].廣東化工,2014,41(1):98-99.

[2] 潘云霞,張大明,劉瀾. 微波/Fenton聯(lián)用處理垃圾滲濾液的研究[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2013(4) :157-161.

[3] 劉晉愷,時(shí)孝磊,胡洪營.制漿造紙廢水絮凝/Fenton深度處理工程應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J].中華紙業(yè),2014(12) :10-13.

[4] 劉立明,李林,閃錕,等.非均相UV/Fenton光催化降解土霉異味研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(4) :2154-2156.

[5] 馬 威,李松田,高 梅.UV/Fenton/雜多酸體系光催化氧化結(jié)晶紫[J].平頂山學(xué)院學(xué)報(bào),2009,24(2) :91-94.

[6] 高 航,馬 威,薛景嬌,等.UV/Fenton/檸檬酸體系光催化氧化孔雀石綠研究[J].化學(xué)世界,2010,51(10) :580-582.

(本文文獻(xiàn)格式：高 航，王金磊，馬 威，邱金磊，等.UV/Fenton/檸檬酸體系分解茜素紅的研究[J].山東化工，2017，46(10)：185-186，189.)

Study of the Degradation of Alizarin Red by UV/Fenton /Citric Acid System

GaoHang1，WangJinlei2，MaWei1，QiuJinlei1，LiSongtian1*

(1.Pingdingshan University,Pingdingshan 467000，China;2.Henan Experimental High School,Zhengzhou 450002)

The degradation of alizarin red solution was conducted by UV/Fenton method with citric acid as activator. The effects of the dosage of Fe2+, the dosage of H2O2, pH and substrate concentration on the decolorization rate were investigated. It can be found that the degradation of alizarin red under UV/Fenton/critic acid system exhibited higher removal efficiency. The removal rate of alizarin red was above 95% when the concentration of Fe2+was 0.1 g/L, the dosage of 30% H2O2was 4 mL, the pH was about 3.5 and the reaction time was 60 min.

Fenton reagent; alizarin red; catalytic oxidation; critic acid

2017-03-20

河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(14B150010)

高 航(1969—)，女，河南平頂山人，副教授，學(xué)士，主要從事環(huán)境科學(xué)研究。

O644.14;X703

A

1008-021X(2017)10-0185-02