EDTA絡(luò)合亞鐵離子活化過硫酸鹽降解羅丹明B

李江，趙鵬龍

（太原工業(yè)學(xué)院化學(xué)與化工系，山西太原030008）

本論文采用EDTA 絡(luò)合二價(jià)鐵離子來活化過硫酸鹽，產(chǎn)生硫酸根自由基以降解羅丹明B，為染料廢水的處理提供一定的研究基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品和儀器

過硫酸鈉，AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙二胺四乙酸二鈉，AR，天津市申泰化學(xué)試劑有限公司；硫酸亞鐵銨，AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；羅丹明B，AR，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；硫酸，AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉，AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

85-2型恒溫磁力攪拌器，常州國(guó)華電器有限公司；722S 型可見分光光度計(jì)，上海棱光技術(shù)有限公司；TU-1901 型雙光束紫外可見分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限公司；FA2104型電子分析天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）EDTA絡(luò)合亞鐵溶液的配制

將等物質(zhì)量的硫酸亞鐵銨與EDTA溶于水中，配制成0.05 mol/L[FeY]2-溶液。

（2）羅丹明B降解實(shí)驗(yàn)

在一定濃度的羅丹明B 溶液中加入計(jì)量的[FeY]2-溶液以及Na2S2O8溶液，通過恒溫磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，間隔一定時(shí)間取樣，測(cè)定羅丹明B（λmax=554 nm）的吸光度值，計(jì)算降解率來探討其降解效果。

式中：A0-溶液初始的吸光度；At-t時(shí)刻溶液的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)照實(shí)驗(yàn)

100 mL、10 mg/L 的羅丹明 B 中分別加入：①1 mol/L Na2S2O8溶液 0.1 mL；② 0.05 mol/L Fe2+0.1 mL 和 1 mol/L Na2S2O8溶液0.1 mL；③0.05 mmol/L [FeY]2-0.1 mL和1 mol/L Na2S2O8溶液0.1 mL。探究在單一Na2S2O8體系、Fe2+活化過 Na2S2O8和[FeY]2-活化過Na2S2O8體系下降解羅丹明B對(duì)降解效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

比較圖1的三種反應(yīng)體系，看出單一過硫酸鈉本身即是氧化劑可以氧化降解羅丹明B，加入后Fe2+降解率提高，但是反應(yīng)10 min時(shí)降解率基本達(dá)到最大值，后期基本維持在一個(gè)定值，說明Fe2+可以活化過硫酸鈉，獲得以提高氧化性，但是由于Fe2+的強(qiáng)還原能力很快被Na2S2O8氧化，而失去活化能力，所以降解率基本處于一個(gè)定值。EDTA絡(luò)合亞鐵離子活化過硫酸鈉體系，降解效果優(yōu)于Fe2+-Na2S2O8體系，[FeY]2-能夠逐步釋放Fe2+不斷活化過硫酸鹽產(chǎn)生自由基，以持續(xù)提高羅丹明B溶液的降解率。從圖1還可以看出，降解反應(yīng)在60 min達(dá)到平衡，以后實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)時(shí)間均為60 min。

圖1 對(duì)照實(shí)驗(yàn)

2.2 過硫酸鹽濃度的影響

100 mL、10 mg/L 的羅丹明B 溶液，固定[FeY]2-的濃度為1 mmol/L，加入不同量過硫酸鈉溶液，羅丹明B 溶液降解效果如圖2所示。

由圖2 可知，增大過硫酸鹽濃度，羅丹明B 的降解率在整個(gè)反應(yīng)過程中呈現(xiàn)出先快速增加之后逐步放緩的趨勢(shì)。當(dāng)過硫酸鹽濃度為4 mmol /L 時(shí)，羅丹明B 的降解率達(dá)到最高值，為78.8%。過硫酸鹽濃度的增大會(huì)導(dǎo)致體系中活性物質(zhì)的增加，進(jìn)而提高羅丹明B的降解率。但圖2顯示，在過硫酸鹽濃度大于4 mmol /L后，溶液降解率降低，在一定范圍內(nèi)，Na2S2O8濃度越高，產(chǎn)生的越多，對(duì)染料的降解效果越好，但當(dāng)Na2S2O8濃度過高時(shí)，過硫酸鹽會(huì)與發(fā)生反應(yīng)，從而抑制了染料的降解[6]，故而選取過硫酸鹽最佳濃度為4 mmol/L。

圖2 過硫酸鈉濃度對(duì)降解率的影響

2.3 催化劑用量的影響

在100 mL、10 mg/L羅丹明B溶液中，固定過硫酸鈉溶液的濃度為4 mmol/L,改變[FeY]2-用量，考查催化劑用量對(duì)羅丹明B降解效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 催化劑用量對(duì)降解率的影響

由圖3 可以看到，開始羅丹明B 的降解率隨著[FeY]2-的加入而增大，[FeY]2-濃度從0.5 mmol/L 增加到2 mmol/L，降解率從58.5%提高到88.6%，繼續(xù)加入[FeY]2-反而降解率出現(xiàn)下降。這是因?yàn)槿绻鸞FeY]2-的數(shù)量太多，溶液里會(huì)出現(xiàn)大量的而 Fe2+會(huì)參與到競(jìng)爭(zhēng)的過程中來，再者還會(huì)出現(xiàn)自行淬滅的情況，使得一部分自由基被破壞，導(dǎo)致了羅丹明B 降解率降低[7]，所以[FeY]2-的最佳用量為2 mmol/L。

2.4 溶液初始pH值的影響

100 mL、10 mg/L羅丹明B溶液調(diào)節(jié)其pH，加入濃度分別為4 mmol/L、2 mmol/L的Na2S2O8和[FeY]2-溶液，考查pH值對(duì)羅丹明B降解率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 溶液初始pH值對(duì)降解率的影響

由圖 4 可以看出，pH 值為 3～7，羅丹明 B 降解率均在 85%以上，且pH 值越小，降解率越高。pH 值為3 時(shí)，降解率最高，為 97.2%。pH=7 時(shí)，羅丹明 B 的降解率為88.6%。在堿性條件下羅丹明B 的降解率降低，主要原因是酸性條件有利于Fe（Ⅱ）的生成，堿性條件時(shí)Fe（Ⅱ）會(huì)與過量的OH-形成化合物，如Fe（OH）2+，F(xiàn)e（OH）3+，F(xiàn)e（OH）3，F(xiàn)e（OH）4-，使溶液中游離Fe2+濃度減小，而這些化合物對(duì)過硫酸鹽的活化作用很小，只能產(chǎn)生很少的從而使羅丹明B的降解效果變差[8]。

2.5 反應(yīng)溫度的影響

100 mL、10 mg/L 羅丹明 B 溶液，加入濃度分別為 4 mmol/L、2 mmol/L 的 Na2S2O8和[FeY]2-溶液，改變反應(yīng)溫度以探究在降解羅丹明B 的過程中體系反應(yīng)溫度對(duì)降解效果的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 反應(yīng)溫度對(duì)降解率的影響

從圖5看出，升高溫度，羅丹明B的降解效果增強(qiáng)，這是因?yàn)闇囟壬仙沟梅肿拥倪\(yùn)動(dòng)速度加快，進(jìn)而提高反應(yīng)物分子間的碰撞速率，容易達(dá)到激發(fā)過氧基-OO-鍵斷裂所需的活化能，過氧基-O-O-鍵就越容易斷裂，產(chǎn)生的就越多，降解的速率也隨之增加[9]。但當(dāng)溫度為50℃～60℃時(shí)，羅丹明B的降解率并沒有明顯提高?？赡苁且?yàn)榉磻?yīng)物前期消耗得太快，隨著反應(yīng)物濃度減少，溫度對(duì)反應(yīng)的速率影響就不太大。同時(shí)由于體系的反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到了極限，溫度的升高只會(huì)縮短反應(yīng)時(shí)間，并不會(huì)使體系中的降解率增加。升高溫度對(duì)羅丹明B的降解有促進(jìn)作用，可以得出的結(jié)論是這種反應(yīng)的過程是吸熱反應(yīng)。

3 結(jié)論

（1）在羅丹明B 的降解實(shí)驗(yàn)中，EDTA 絡(luò)合亞鐵離子Fe（Ⅱ）活化過硫酸鈉體系，降解效果優(yōu)于Fe2+-Na2S2O8體系。

（2）100 mL、10 mg/L 羅丹明 B 溶液，在 Na2S2O8和[FeY]2-溶液二者濃度分別為4 mmol/L和2 mmol/L，降解率可以達(dá)到88.6%，降低溶液pH，升高反應(yīng)溫度均會(huì)增大羅丹明B的降解率。