亞鐵離子催化活化過(guò)碳酸鈉降解甲基橙的研究

李富華 李潤(rùn)琪 江學(xué)頂 許偉城 鐘嘉恒 陳靜

摘 ? 要：印染行業(yè)產(chǎn)生的印染廢水，能被傳統(tǒng)Fenton試劑法處理，此法存在一定缺點(diǎn)?；诖朔ǖ姆磻?yīng)原理，本文采用過(guò)碳酸鈉SPC代替過(guò)氧化氫H2O2，通過(guò)亞鐵離子Fe（Ⅱ）催化SPC，探索在不同初始濃度、不同pH值、不同投藥時(shí)間等條件下，F(xiàn)e（Ⅱ）/SPC組合體系對(duì)甲基橙廢水的降解影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，pH=2.6，組合體系Fe（Ⅱ）/SPC組合體系濃度比為0.6mmol/L：0.4mmol/L，在廢水中投加Fe（Ⅱ）/SPC組合體系的時(shí)間分別設(shè)置為0min，3min，可使甲基橙廢水降解率達(dá)到97%。本實(shí)驗(yàn)探索出最佳的反應(yīng)條件，為此方法的實(shí)際應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：亞鐵離子 ?過(guò)碳酸鈉 ?降解效果 ?催化活化

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（c）-0096-03

我國(guó)進(jìn)行改革開(kāi)放以來(lái)，印染業(yè)迅速發(fā)展，有機(jī)印染廢水成為水體污染的原因之一[1]。印染廢水中的有機(jī)污染物大量消耗水中溶解氧，嚴(yán)重影響水中生態(tài)環(huán)境，而沉降在水底淤泥中的有機(jī)物，發(fā)生厭氧分解反應(yīng)從而產(chǎn)生大量硫化氫等有害氣體，惡化水環(huán)境和大氣環(huán)境。有機(jī)染料廢水可以經(jīng)過(guò)吸附法、氧化法、電解法和生物法等方法進(jìn)行處理[2]，F(xiàn)enton試劑法作為一種化學(xué)氧化法，對(duì)有機(jī)染料廢水的處理也有一定的成效。但許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)Fenton試劑法存在一定的缺點(diǎn)，反應(yīng)過(guò)程中要求pH過(guò)低，亦產(chǎn)生大量的鐵泥，形成二次污染[3]。因此，尋求更加環(huán)保、更高效的處理印染廢水的方法成為許多研究者的研究熱點(diǎn)。本文主要以甲基橙有機(jī)染料廢水作為主要的污染物，以亞鐵離子（Fe（Ⅱ））為催化劑、以過(guò)碳酸鈉（SPC）代替過(guò)氧化氫（H2O2）為氧化劑，探索Fe（Ⅱ）與SPC組合體系對(duì)甲基橙有機(jī)染料的降解情況。為改進(jìn)傳統(tǒng)Fenton試劑法作出貢獻(xiàn)和參考。

1 ?材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

試劑：甲基橙，碳酸鈉，濃硫酸，過(guò)碳酸鈉，30%過(guò)氧化氫，硫酸亞鐵，氫氧化鈉等，均為分析純。

儀器：PHSJ-3F pH計(jì)，BS224S 電子天平，LC-DMS-H 磁力攪拌器，TU-181OSPC 紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)等。

1.2 分析及表征方法

使用去離子水配制0.3mmol/L的甲基橙溶液，利用1%稀硫酸以及0.1mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，篩選出最佳反應(yīng)組合體系以及考察Fe（Ⅱ）、SPC最佳初始濃度和最佳pH對(duì)降解的影響。采取紫外可見(jiàn)分光光度法檢測(cè)甲基橙溶液的吸光度，檢測(cè)波長(zhǎng)設(shè)置為464nm。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 Fe（Ⅱ）、SPC初始濃度對(duì)甲基橙溶液的降解效果的影響

在Fe（Ⅱ）/SPC體系中，保持SPC的濃度為0.3mmol/L、甲基橙溶液濃度、溶液pH不變，F(xiàn)e（Ⅱ）的濃度分別設(shè)置為0.1、0.3、0.6、0.9、1.2mmol/L，結(jié)果如圖1所示。

當(dāng)Fe（Ⅱ）的初始濃度定為0.1mmol/L和1.2mmol/L時(shí)，F(xiàn)e（Ⅱ）/SPC對(duì)甲基橙溶液的降解率不高，都處于5%以下，效果不太理想;而當(dāng)Fe（Ⅱ）的初始濃度設(shè)為0.9mmol/L時(shí)，對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到15%;當(dāng)Fe（Ⅱ）的初始濃度設(shè)為0.3mmol/L時(shí)，反應(yīng)到15min時(shí)，對(duì)甲基橙的降解率能達(dá)到25%，隨著反應(yīng)時(shí)間的加長(zhǎng)，降解率能達(dá)到34%;當(dāng)Fe（Ⅱ）的初始濃度設(shè)為0.6mmol/L時(shí)，反應(yīng)到5min時(shí)，對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到33%，隨后25min，降解率基本穩(wěn)定在33%。綜上，保持SPC濃度不變、pH值不變、其他影響因素不變的情況下，F(xiàn)e（Ⅱ）的初始濃度設(shè)置為0.3mmol/L、0.6mmol/L時(shí)，對(duì)甲基橙降解效果好。

保持Fe（Ⅱ）濃度為0.3mmol/L、溶液pH不變，SPC的濃度分別設(shè)置為0.1、0.2、0.4、0.6、0.8mmol/L，結(jié)果如圖2所示。

SPC的濃度處于0.4、0.6、0.8mmol/L時(shí)，與Fe（Ⅱ）反應(yīng)，對(duì)甲基橙溶液的降解效果不太理想，降解率都低于5%。當(dāng)SPC的濃度處于0.1mmol/L時(shí)，反應(yīng)到5min時(shí)，對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到30%，隨后25min內(nèi)，降解率都穩(wěn)定在30%左右，變化幅度不大;而當(dāng)SPC的反應(yīng)濃度處于0.2mmol/L，反應(yīng)30min，對(duì)甲基橙溶液的降解率達(dá)到40%。SPC濃度處于0.2mmol/L，反應(yīng)效果最好。

綜上，當(dāng)Fe（Ⅱ）的反應(yīng)濃度設(shè)為0.3mmol/L、SPC的濃度設(shè)為0.2mmol/L，此時(shí)得到Fe（Ⅱ）：SPC=3∶2的比例，相比于其他比例，這種比例對(duì)甲基橙的去除能達(dá)到比較好的效果。

2.2 初始pH對(duì)反應(yīng)體系的影響

Fe（Ⅱ）與SPC的濃度比為0.3mmol/L：0.2mmol/L，考察不同pH對(duì)降解效果的影響，pH分別為2.6、4.6、5.6、6.6、8.6的情況下，結(jié)果如圖3所示。

從圖3得知，當(dāng)反應(yīng)溶液pH處于4.6、5.6、6.6、8.6時(shí)的降解效果都處于40%以下，當(dāng)溶液pH調(diào)到2.6時(shí)，反應(yīng)到9min降解率就達(dá)到了90%，隨著時(shí)間的增加，最終降解率能達(dá)到95%。所以說(shuō)，當(dāng)反應(yīng)溶液的pH值處于2.6時(shí)，極大地提高了降解效果。

2.3 Fe（Ⅱ）/SPC組合體系的初始濃度比對(duì)反應(yīng)體系的影響

在Fe（Ⅱ）與SPC的摩爾比為3∶2，pH設(shè)為2.6時(shí)，考察不同濃度的Fe（Ⅱ）和SPC對(duì)降解效果的影響。同時(shí)，設(shè)置一組Fe（Ⅱ）/H2O2于pH=2.6的反應(yīng)條件下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，比較Fe（Ⅱ）/H2O2、和Fe（Ⅱ）/SPC兩組組合體系在pH較低的條件下的降解效果。

從圖4可以看出，pH=2.6時(shí)，反應(yīng)到5min時(shí)，F(xiàn)e（Ⅱ）/H2O2對(duì)甲基橙的降解率上升到35%，隨后10min內(nèi)，基本保持在40%。同等條件下，F(xiàn)e（Ⅱ）/SPC的降解率能達(dá)到50%。所以說(shuō)，保持pH相同，濃度比相同的情況下。Fe（Ⅱ）/SPC組合體系與Fe（Ⅱ）/H2O2組合體系相比，F(xiàn)e（Ⅱ）/SPC組合體系對(duì)甲基橙的降解效果更好。

而Fe（Ⅱ）：SPC=1.2mmol/L：0.8mmol/L，這種濃度比的降解效率基本保持在70%。Fe（Ⅱ）：SPC=0.6mmol/L：0.4mmol/L，這種濃度比的降解效率在反應(yīng)達(dá)到6min時(shí)基本保持在80%，是整組實(shí)驗(yàn)中效果最好的一種。既節(jié)省了反應(yīng)藥品用量和反應(yīng)時(shí)間，且降解效果很理想。所以Fe（Ⅱ）：SPC=0.6mmol/L：0.4mmol/L，效果最好。

2.4 分次加藥對(duì)Fe（Ⅱ）/SPC體系的影響

在Fe（Ⅱ）和SPC的濃度為0.6mmol/L和0.4mmol/L時(shí)，將試劑平均分成兩份，間隔3min加藥，考察分次加藥的效果，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可見(jiàn)，將Fe（Ⅱ）和SPC一次投加到甲基橙溶液中時(shí)，反應(yīng)到6min，降解率能達(dá)到80%，隨著反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)，亦保持在80%左右。而將等量的Fe（Ⅱ）和SPC分次投加到甲基橙溶液中，反應(yīng)到6min時(shí)，降解率能上升到97%，并保持在97%左右。在不改變藥劑用量的情況下，采用分次加藥的方法，能明顯提高甲基橙的降解率，達(dá)到更加理想的處理效果。

3 ?結(jié)語(yǔ)

（1）保持其他條件不變，只改變Fe（Ⅱ）的初始濃度，當(dāng)Fe（Ⅱ）的初始濃度設(shè)為0.3mmol/L，對(duì)甲基橙溶液的降解效果最好。同理，保持其他條件不變，只改變而SPC的初始濃度，當(dāng)Fe（Ⅱ）的初始濃度設(shè)為0.2mmol/L時(shí)，對(duì)甲基橙溶液的降解效果最好。

（2）pH=2.6時(shí)，F(xiàn)e（Ⅱ）/SPC體系對(duì)甲基橙溶液的降解效果最好。

（3）pH=2.6時(shí)，F(xiàn)e（Ⅱ）：SPC=0.6mmol/L：0.4mmol/L，此濃度比對(duì)甲基橙溶液的降解效果最好。

（4）pH=2.6時(shí)，F(xiàn)e（Ⅱ）：SPC=0.6mmol/L：0.4mmol/L，采用分次加藥的方法，能夠明顯提高甲基橙的降解率。

參考文獻(xiàn)

[1] 章單偉.納米光催化材料的改性及降解有機(jī)染料廢水研究[D].華中科技大學(xué)，2016.

[2] 鄭冀魯，范娟，阮復(fù)昌.印染廢水脫色技術(shù)與理論評(píng)述[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2000，1（5）：29-35.

[3] 陳智明.基于鐵離子活化過(guò)碳酸鈉氧化降解磺胺二甲嘧啶的研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2017.