微波輻照活性炭法處理羅丹明B廢水的研究

李江，張翠紅,陳志敏（太原工業(yè)學院化學與化工系，山西太原030008）

印染企業(yè)排放大量難處理廢水，對環(huán)境造成了嚴重污染[1]。目前微波技術(shù)由于快速高效、設備簡單、占地面積小等優(yōu)點，已經(jīng)成為處理污染物的研究熱點之一[2]。在微波場中,活性炭能有效地吸收微波能量,使得活性炭表面產(chǎn)生一些“熱點”,這些“熱點”的能量比其他部分高得多,當廢水中的有機物被吸附到這些熱點附近時就可能被催化氧化而降解[3]，微波聯(lián)合活性炭處理廢水的方法已經(jīng)成為一種廢水處理的新型方法，國內(nèi)有很多作者開展了這方面的研究，如王國媛等[4]研究了微波誘導活性炭催化處理酸性靛藍廢水；王金成等[5]利用微波輻射處理活性艷藍KN-R染料溶液；董磊等[6]利用微波協(xié)同活性炭法處理蒽醌類偶氮染料廢水；彭麗[7]研究了微波活性炭法處理酸性紅88廢水及其機理。而對于微波處理羅丹明B廢水的研究未見報道。本文以羅丹明B為模擬廢水，探討了微波活性炭共同作用下的降解效果。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

WBFY-205微波化學反應器（天津科諾儀器設備有限公司）；722s分光光度計（上海棱光技術(shù)有限公司）；85-2恒溫磁力攪拌器（常州國華電器有限公司）；FA2104分析天平（上海舜字恒平科學儀器有限公司）；LD24-0.8離心機（北京醫(yī)用離心機廠）。

羅丹明B（生物染色劑，天津市光復精細化工研究所），柱狀活性炭（新華牌）。

1.2 實驗方法

（1）活性炭預處理：將柱狀活性炭置于去離子水中浸泡煮沸2 h，過濾去除可溶性雜質(zhì)，置于烘箱中120℃烘5 h，烘干后密封干燥保存。

（2）于250 mL圓底燒瓶中加入100 mL一定濃度的羅丹明B溶液和一定量的活性炭，置于微波反應器中，接回流裝置，選擇一定的功率和時間使之反應，定時移取少量溶液冷卻至室溫，離心分離出清液，測定清液的吸光度值，按下式計算羅丹明B溶液的脫色率：

式中：A0-處理前溶液吸光度；A-處理后溶液吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 三種不同工藝下羅丹明B脫色的對比研究

分別取100 mL 10 mg/L羅丹明B水樣三份置于圓底燒瓶中，第一份直接置于功率為80%檔的微波爐中，微波輻射10 min，第二份加入1 g活性炭，加熱煮沸10 min，第三份加入1 g活性炭，80%檔微波輻射10 min。三種工藝處理結(jié)果見表1。

表1 不同工藝下羅丹明B的脫色率

由表1可以看出，單獨微波幾乎沒有效果，單獨活性炭效果不明顯，微波協(xié)同活性炭處理效果明顯高于單獨微波和單獨活性炭處理，說明微波和活性炭具有協(xié)同作用。在微波場中，活性炭能有效吸收微波能量,使得活性炭表面產(chǎn)生一些“熱點”,這些“熱點”的能量比其他部分高得多,溫度高達1000℃以上,當廢水中的有機物被吸附到這些熱點附近，就可能被催化氧化而降解，脫色率大大提高。

2.2 活性炭用量對脫色率的影響

取10 mg/L的羅丹明B溶液100 mL，微波功率80%檔，輻射時間為20 min，加入活性炭用量（g）依次為：0.5、1.0、1.5、2.0、3.0 時，脫色率與活性炭用量的關(guān)系見圖1。

圖1 活性炭用量與脫色率關(guān)系

由圖1可以看出，染料的脫色率隨活性炭用量的增加而增大。當活性炭用量為1.5 g時，羅丹明B溶液的脫色率高達98%以上，繼續(xù)增加活性炭用量，脫色率基本不變。因為染料濃度體積確定，染料分子的數(shù)量是一定的，染料分子開始隨著活性炭的增加吸附量增加，活性炭用量到達一定程度，使染料在其表面吸附達到飽和，此時脫色反應達到平衡狀態(tài)，脫色率也達到一定值。

2.3 微波輻照時間對脫色率的影響

100 mL 10 mg/L羅丹明B溶液中，加入1.5 g活性炭，微波功率 80%檔，輻射時間（min）依次為：5、10、15、20、25、30時，脫色率與微波輻射時間的關(guān)系見圖2。

圖2 輻射時間與脫色率關(guān)系

由圖2可以看出，微波輻照時間越長，羅丹明B與活性炭表面的“熱點”接觸的幾率越多，羅丹明B脫色效果因此也越好，當輻射時間達到20 min時，脫色反應達到平衡狀態(tài)，脫色率基本穩(wěn)定，達到98.5%。

2.4 羅丹明B初始濃度對脫色率的影響

100 mL羅丹明B溶液中加入1.5 g活性炭，微波功率80%檔，輻射時間20 min，羅丹明B濃度（mg/L）依次為：5、10、15、20時，脫色率與羅丹明B初始濃度的關(guān)系如圖3所示。

圖3 羅丹明B初始濃度與脫色率關(guān)系

圖3顯示隨著羅丹明B初始濃度的增加，脫色率逐漸減小，10 mg/L的羅丹明B溶液脫色率可達到98.5%，25 mg/L脫色率僅為67%左右，這可能是因為隨著濃度的增加吸附速率小于反應速率所引起的，即單位時間內(nèi)，活性炭吸附到表面的羅丹明B量小于催化降解的量，活性炭表面不能形成足夠的“熱點”，從而導致活性炭吸附趨于飽和。

2.5 微波功率對脫色率的影響

100 mL，10 mg/L羅丹明B溶液中加入活性炭1.5 g，輻射時間為 20 min，微波功率（%）依次為：10、30、50、80、100檔時，脫色率與微波功率的關(guān)系如圖4。

圖4 微波功率與脫色率關(guān)系

由圖4可知,微波功率越高，染料去除效果越好。原因可能是由于隨著微波功率的提高，活性炭表面“熱點”吸收的能量變多，同時可能在一定功率范圍內(nèi)，隨著功率升高,“熱點”的數(shù)量也有增加，因而去除率隨之提高。當微波功率為80%檔時，羅丹明B的脫色率達到98.5%，微波功率大于80%檔時,其脫色率升高不明顯。

3 結(jié)論

（1）微波與活性炭聯(lián)合處理染料廢水較單一使用微波或活性炭效果明顯，二者具有協(xié)同效應。

（2）對于100 mL、濃度10 mg/L的羅丹明B溶液，微波輻照處理時間20 min，微波功率80%檔，活性炭用量1.5 g，脫色率可達98.5%。