活性炭負(fù)載錳催化Na2S2O8降解亞甲基藍(lán)的研究

徐清艷

(閩江學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程系,福建 福州 350108 )

活性炭負(fù)載錳催化Na2S2O8降解亞甲基藍(lán)的研究

徐清艷

(閩江學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程系,福建 福州 350108 )

采用浸漬法制備活性炭負(fù)載錳的催化劑，探討了錳負(fù)載量、Na2S2O8濃度、催化劑用量、亞甲基藍(lán)的初始濃度、pH值以及無(wú)機(jī)離子對(duì)降解亞甲基藍(lán)的影響，并運(yùn)用XRD和SEM對(duì)該催化劑進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在錳負(fù)載量為6%、Na2S2O8濃度為5.5g/L、催化劑用量為0.25g、亞甲基藍(lán)初始濃度為14mg/L、pH值為5的條件下，亞甲基藍(lán)的降解率最高為97.1%。

活性炭；負(fù)載錳；催化；Na2S2O8；亞甲基藍(lán)

近年來(lái)，過(guò)硫酸鹽高級(jí)氧化技術(shù)它已成為研究熱點(diǎn)[1-2]。過(guò)硫酸鹽的活化主要通過(guò)紫外光解、高溫?zé)峤?、輻射分解和過(guò)渡金屬催化分解這幾種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]。其中最為簡(jiǎn)單易行的是過(guò)渡金屬離子活化，但其引入的離子容易流失，會(huì)造成二次污染。因此負(fù)載過(guò)渡金屬離子的非均相催化劑活化過(guò)硫酸鹽降解技術(shù)成為研究熱點(diǎn)，因?yàn)樗梢钥朔陨先秉c(diǎn)，還能循環(huán)利用[4]。本實(shí)驗(yàn)以亞甲基藍(lán)作為研究對(duì)象，利用活性炭負(fù)載錳作為催化劑催化過(guò)硫酸鈉，為過(guò)硫酸鹽氧化技術(shù)去除難降解有機(jī)污染物提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：硝酸錳、活性炭、氫氧化鈉、亞甲基藍(lán)、過(guò)硫酸鈉均為分析純。

儀器：722型分光光度計(jì)；828型酸度計(jì)；79-1型磁力加熱攪拌器；TDL80-2B型臺(tái)式離心機(jī)；MiniFlex600 X射線衍射儀；UV-2550紫外-可見吸收光譜儀。

1.2 催化劑的制備

取適量活性炭于錐形瓶，加入一定濃度的四水硝酸錳溶液，于80℃水浴蒸干，然后在105℃下烘干。將干燥后的固體在馬弗爐中煅燒3 h，得到活性炭載錳的催化劑[5]。

1.3 亞甲基藍(lán)的降解

取初始濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)100mL于錐形瓶中，調(diào)節(jié)溶液pH值，加入一定量的Na2S2O8和催化劑，攪拌均勻后置于水浴恒溫振蕩器中反應(yīng)一定時(shí)間，將反應(yīng)后的溶液進(jìn)行離心，取上層清液在波長(zhǎng)664nm測(cè)定其吸光度A。

在一定濃度范圍內(nèi)，由朗伯-比耳定律，用測(cè)得的亞甲基藍(lán)反應(yīng)前后吸光度代替濃度來(lái)計(jì)算溶液的降解率，計(jì)算式為：D=(A0-A)/A0×100%[6]。式中：A0-亞甲基藍(lán)的初始吸光度；A -降解后亞甲基藍(lán)的吸光度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 空白實(shí)驗(yàn)

圖1 空白實(shí)驗(yàn)

圖1是分別做只單獨(dú)加Na2S2O8、活性炭和Mn2+這三者的空白實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖1可見，只加Na2S2O8gt;只加活性炭gt;只加降解率，但這三種情況的降解率都不高。說(shuō)明這三種情況單獨(dú)使用都難于有效降解亞甲基藍(lán)。

2.2 各因素對(duì)亞甲基藍(lán)降解率的影響

2.2.1 錳負(fù)載量的影響

由圖2可知，亞甲基藍(lán)的降解率先隨錳負(fù)載量的增大而增大。當(dāng)錳負(fù)載量為6%時(shí)，亞甲基藍(lán)的降解率為71.8%；而之后降解率隨負(fù)載量的增大反而較快下降。這可能是因?yàn)樵阱i低負(fù)載量時(shí)生成的晶體分布散又有規(guī)則，比表面積比較大；在相對(duì)高負(fù)載量(10%)時(shí)，生成的晶體顆粒較大，部分可能從活性炭表面脫落，使比表面積變小，不利于催化作用。故最佳錳負(fù)載量取6%。

圖2 錳負(fù)載量的影響

2.2.2 Na2S2O8濃度的影響

圖3 Na2S2O8濃度的影響

2.2.3 催化劑用量的影響

圖4 催化劑用量的影響

圖4是不同催化劑用量對(duì)降解亞甲基藍(lán)的影響結(jié)果。由圖4可以知道，當(dāng)催化劑用量超過(guò)0.25g時(shí)，亞甲基藍(lán)的降解率變化不大。因此催化劑最佳用量為0.25g。

2.2.4 亞甲基藍(lán)初始濃度的影響

圖5 亞甲基藍(lán)初始濃度的影響

2.2.5 pH值的影響

圖6 pH值對(duì)降解亞甲基藍(lán)的影響

2.2.6 無(wú)機(jī)離子的影響

圖7 無(wú)機(jī)離子的影響

3 催化劑的性能表征

3.1 XRD性能表征

由圖8可知，負(fù)載錳后出現(xiàn)較明顯的尖銳衍射峰。與JCPDS標(biāo)準(zhǔn)卡片(18-0802)對(duì)比可知在2θ為12.51°處出現(xiàn)明顯的MnO2的特征衍射峰；此外與JCPDS標(biāo)準(zhǔn)卡片(24-0734)對(duì)比可知在2θ為36.11°、60.11°、64.55°處出現(xiàn)強(qiáng)度不同Mn3O4的衍射峰。這說(shuō)明制備的催化劑是錳以氧化物的形式成功負(fù)載在活性炭上。

圖8 催化劑的XRD圖

3.2 SEM性能表征

圖9 催化劑的SEM圖

由圖9可以看出，活性炭表面有大量的片狀結(jié)晶，分布較散，部分以規(guī)則的晶體狀負(fù)載在活性炭上，部分粒子形成較大顆粒。結(jié)合XRD圖可知片狀晶體主要是MnO2和Mn3O4。并且活性炭上微孔較少。這可能是由于煅燒時(shí)間太長(zhǎng)或煅燒溫度太高，使得活性炭的一些孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌[8]。

4 紫外-可見吸收光譜分析

由圖10可見，隨反應(yīng)時(shí)間的增加，亞甲基藍(lán)的特征吸收峰在逐漸減弱。這說(shuō)明亞甲基藍(lán)的發(fā)色基團(tuán)在逐漸被破壞。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為50min時(shí)，亞甲基藍(lán)的特征吸收峰對(duì)應(yīng)的吸光度接近于零，這說(shuō)明亞甲基藍(lán)已基本降解完全。

圖10 紫外-可見吸收光譜圖

5 結(jié)論

(1)本實(shí)驗(yàn)采用浸漬法制備催化劑，通過(guò)對(duì)催化劑進(jìn)行XRD和SEM性能表征，得出錳以氧化物的形式負(fù)載于活性炭上，負(fù)載后提高了催化劑的活性。

(2)在亞甲基藍(lán)初始濃度為14mg/L，Na2S2O8濃度為5.5g/L，催化劑用量為2.5g/L，pH值為5的條件下，亞甲基藍(lán)的降解率最高為97.1%。

[1] 陳義華，李 剛，許方程，等.染料廢水污染現(xiàn)狀及處理方法研究進(jìn)展[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，24(2)：264 -269.

[2] 劉冠鳳. 聊城市地表水環(huán)境問題及對(duì)策研究[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

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(本文文獻(xiàn)格式：徐清艷.活性炭負(fù)載錳催化Na2S2O8降解亞甲基藍(lán)的研究[J].山東化工，2017，46(20)：173-175.)

TheDegradationofMethyleneBluebySodiumPersulfatewithMn-loadedActivatedCarbonasCatalyst

XuQingyan

(Chemistry and Chemical Engineering Department of MinJiang University, Fuzhou 350108,China)

Activated carbon with manganese loaded as catalyst was prepared by using impregnation method, the influences of factors such as Mn-loaded account, sodium persulfate concentration, catalyst dosage,the initial concentration of methylene blue,pH value and different inorganic ions were investigated. And X-ray diffraction (XRD)，scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize the catalyst. The results showed that the best Mn-loaded account of catalyst was 6% , and when the initial concentration of methylene blue was 14mg/L, the oxidant dosage was 5.5g/L, the catalyst dosage was 0.25g, the pH value was 5, the best decolorization rate of methylene blue was 97.1%.

activated carbon；manganese-loaded；sodium persulfate；degradation；methylene blue

2017-08-27

福建省教育廳項(xiàng)目(JA160392)

徐清艷(1977—)，女，福建建甌人，副教授，主要從事水處理方面的研究。

X52

A

1008-021X(2017)20-0173-03