類(lèi)Fenton試劑氧化酸性嫩黃染料廢水的研究

孫中華 張穎杰

摘要：染料廢水可生化性差，色度深，處理難度較大，已成為我國(guó)目前主要的有害及難處理的工業(yè)廢水之一。采用次氯酸鈉與Fe2+組成的類(lèi)Fenton試劑[1]氧化體系對(duì)酸性嫩黃模擬染料廢水進(jìn)行處理，利用其超強(qiáng)氧化性實(shí)現(xiàn)對(duì)染料的深度氧化。通過(guò)研究一系列條件試驗(yàn)探求反應(yīng)過(guò)程的最佳操作條件。

關(guān)鍵詞：類(lèi)Fenton試劑;染料廢水;研究

中圖分類(lèi)號(hào)：X131.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.072

Abstract： Dyestuff wastewater has been one of the main harmful and difficult industrial effluents in China at present. The Fenton reagent oxidation system consisting of sodium hypochlorite and Fe2 + was used to treat the acid yellow dye simulated wastewater， and the deep oxidation of the dye was achieved by using its Super oxidizing properties. The optimal operating conditions of the reaction process are explored through a series of conditional tests.

Keywords： Class Fenton reagent; Dye wastewater; Study

Fenton氧化法[2]處理水中的難降解有機(jī)物具有較好的效果，但由于體系中大量的亞鐵離子存在，使H2O2[3]的利用效果不高，有機(jī)物降解不完全，而且由于H2O2價(jià)格昂貴，使用量大，導(dǎo)致Fenton試劑處理染料廢水成本較高。HClO[4]比H2O2氧化性更強(qiáng)，在光照條件下可生成HO-和H2O2，可響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍比H2O2寬。以HClO代替H2O2同樣可以與亞鐵離子反應(yīng)生成HO-。介于上面的原因，以Fe2+為催化劑，采用NaClO或Ca（ClO）2為氧化劑生成HClO來(lái)代替H2O2的氧化作用[5]，對(duì)染料廢水中難降解有機(jī)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)摸索。

1 研究方法

1.1 模擬染料廢水的配制

采用酸性嫩黃和蒸餾水配制。在電子天平上稱(chēng)取0.4000g的酸性嫩黃染料，溶解于一個(gè)干凈的燒杯中，待完全溶解后，將其移入一個(gè)干凈的1L容量瓶中，定容，搖勻，配制成400mg/L的酸性嫩黃溶液。

1.2 試驗(yàn)方法

取若干份150mL濃度為400mg/L酸性嫩黃溶液放入燒杯中，經(jīng)充分溶解后，加入FeSO4·7H2O和NaClO溶液，在恒溫振蕩水槽中反應(yīng)一段時(shí)間后對(duì)處理后的水樣進(jìn)行吸光度值的測(cè)定，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，換算出相應(yīng)的濃度，求出各影響因素在最佳條件時(shí)的對(duì)廢水的脫色率：

1.3 分析方法

吸光度測(cè)定采用分光光度法;溶液濃度測(cè)定采用標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法。

2 分析結(jié)果

2.1 最大吸收波長(zhǎng)的確定

采用721分光光度計(jì)對(duì)溶液進(jìn)行吸光度分析。用電子天平準(zhǔn)確稱(chēng)取0.1000g酸性嫩黃染料，在1000mL容量瓶中配制成100.00mg/L的酸性嫩黃溶液，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)得溶液在不同波長(zhǎng)處的吸光度。結(jié)果見(jiàn)表1所示：

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)確定酸性嫩黃染料的最大吸收波長(zhǎng)為383nm。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的繪制

配制一系列不同濃度的酸性嫩黃標(biāo)準(zhǔn)溶液，用連續(xù)掃描法測(cè)定各標(biāo)準(zhǔn)溶液在383nm處的一系列吸光度值。根據(jù)濃度與相應(yīng)吸光度制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖1所示：

2.3 對(duì)比試驗(yàn)

取2份150mL濃度為400mg/L初始pH為7.13的酸性嫩黃染料溶液，向其中一份加入FeSO4·7H2O 0.3g，充分溶解后加入2mLNaClO，調(diào)節(jié)溶液初始pH值為7.13，將溶液放入恒溫振蕩水槽反應(yīng);將另一份溶液亦加入2mLNaClO溶液，同樣放入恒溫振蕩水槽反應(yīng)。每隔一定時(shí)間后取出部分溶液靜止過(guò)濾，取上清液在383nm處測(cè)其吸光度值。結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可以看出：在相同的反應(yīng)條件下，加入FeSO4·7H2O的水樣處理后的脫色率明顯高于沒(méi)有加入FeSO4·7H2O的水樣，因此確定FeSO4·7H2O的加入對(duì)實(shí)驗(yàn)的處理效果有很大影響。

2.4 各因素對(duì)脫色率影響的正交實(shí)驗(yàn)

結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本和其他因素，列正交試驗(yàn)表。正交試驗(yàn)表如表2所示：

由表2可得：NaClO用量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響最大，pH值和FeSO4·7H2O用量為其次，反應(yīng)時(shí)間的影響最小。以下通過(guò)單因素試驗(yàn)確定各因素的最佳值。

2.5 影響因素的確定

2.5.1NaClO投加量對(duì)處理結(jié)果的影響

取7份150mL濃度為400mg/L的酸性嫩黃染料溶液，固定FeSO4·7H2O的用量為0.1000g，調(diào)節(jié)溶液初始pH為7.13，改變NaClO的用量，在恒溫振蕩水槽中反應(yīng)30min。反應(yīng)結(jié)束后調(diào)節(jié)出水pH在8-9之間，靜止過(guò)濾，取上清液在383nm處測(cè)其吸光度值。結(jié)果見(jiàn)圖3所示。

由圖3可以看出：NaClO用量多少對(duì)處理效果有顯著影響，當(dāng)NaClO<5mL時(shí)，溶液脫色率隨NaClO用量的增大而迅速增大，NaClO為5mL時(shí)，處理效果最好，溶液脫色率達(dá)95.48%，此后，增加NaClO用量，溶液脫色率反而下降，這是因?yàn)橛捎谠谝欢ǖ膒H范圍內(nèi)受到[H+]的限制，過(guò)多的[ClO-]無(wú)益于HClO的生成，影響HClO與Fe2+生成羥基自由基，從而使反應(yīng)處理效果下降。因此試驗(yàn)確定NaClO投加量為5mL。

2.5.2 FeSO4·7H2O投加量對(duì)處理結(jié)果的影響

取9份150mL濃度為400mg/L的酸性嫩黃染料溶液，固定NaClO的最佳投加量為5mL，改變FeSO4·7H2O的用量，待溶液充分溶解后調(diào)節(jié)溶液pH值為7.13，將配置好的9份試樣放入恒溫振蕩水槽反應(yīng)30分鐘。反應(yīng)結(jié)束后調(diào)節(jié)出水pH在8-9之間，靜止過(guò)濾，取上清液在383nm處測(cè)其吸光度值。結(jié)果見(jiàn)圖4所示。

由圖4可以看出：隨著FeSO4·7H2O用量的增加，廢水的脫色率隨之增加，當(dāng)FeSO4·7H2O投加量在0.3g左右時(shí)，脫色率達(dá)到最大值，之后曲線趨于平緩。這是由于Fe2+濃度過(guò)高時(shí)，多余的Fe2+被HClO氧化為Fe3+，使得Fe2+用量的增多對(duì)出水濃度的減少?zèng)]有實(shí)際意義。所以確定FeSO4·7H2O的最佳投加量為0.3000g。

2.5.3 pH值對(duì)處理結(jié)果的影響

取6份150mL濃度為400 mg/L的酸性嫩黃染料溶液，固定NaClO與FeSO4·7H2O的最佳投加量分別為5mL和0.3000g，調(diào)節(jié)不同的初始pH值，在恒溫振蕩水槽中反應(yīng)30min。反應(yīng)結(jié)束后調(diào)節(jié)出水pH在8-9之間，靜止過(guò)濾，取上清液在383nm處測(cè)其吸光度值。結(jié)果見(jiàn)圖5所示。

由圖5可以看出：pH值在2～5之間時(shí)由NaClO和FeSO4·7H2O組成的氧化體系對(duì)水樣的處理效果較好，這是因?yàn)閜H值過(guò)高將會(huì)導(dǎo)致Fe2+形成沉淀或鐵的復(fù)雜絡(luò)合物，使體系中無(wú)法進(jìn)一步產(chǎn)生足夠的羥基自由基，導(dǎo)致脫色率降低。因此確定反應(yīng)最佳pH值為2。

3 結(jié)果討論

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果分析得出，影響Fe2+與NaClO組成的類(lèi)Fenton試劑氧化酸性嫩黃染料廢水脫色率各因素的重要性順序?yàn)椋篘aClO投加量>pH值>FeSO4·7H2O投加量>振蕩反應(yīng)時(shí)間。以Fe2+與NaClO組成的類(lèi)Fenton試劑氧化處理酸性嫩黃模擬染料廢水時(shí)，其最佳操作條件為：NaClO投加量為5mL，pH值為2， FeSO4·7H2O投加量為0.3g。此次研究?jī)H為實(shí)驗(yàn)室模擬，現(xiàn)實(shí)染料廢水具有水量大、成分復(fù)雜、有機(jī)污染物濃度高，可生化性差、色度深且多變、難降解等特點(diǎn)，采用類(lèi)Fenton試劑氧化處理還需進(jìn)一步研究考證。

參考文獻(xiàn)

[1]崔淑蘭，王峰云.鐵屑-雙氧水氧化法處理染料廢水[J].環(huán)境保護(hù)，1990，（12）：10-11.

[2]陳文松，韋朝海. Fenton氧化-混凝法處理印染廢水的研究[J].工業(yè)水處理，2004，11（5）：39-41.

[3]李碩文.活性炭-H2O2催化氧化在染色廢水脫色中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，1989，9（4）：25-27.

[4]李紹峰，黃君禮，陶虎春. Fenton試劑降解水中活性染料的研究[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，34（5）：76-80.

[5]徐向榮，王文華，李華斌.Fenton試劑與染料溶液的反應(yīng)[J]. 環(huán)境科學(xué)，1999，20（3）：72-74.

收稿日期：2019-03-29

作者簡(jiǎn)介：孫中華（1985-），男，漢族，環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程及環(huán)境監(jiān)測(cè)。