罗丹明B废水处理技术

Posted 2023-01-13 催化剂

篇首语：好鼓一打就响，好灯一拔就亮。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了罗丹明B废水处理技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

当今，纺织工业染料废水污染已经成为一个严重的环境问题，吸引了越来越多的关注。由于偶氮染料化学结构稳定，毒性大，难以通过生物方法和常规化学法进行处理，因此，偶氮染料的废水处理对于纺织产业是一个挑战。近年来，UV/H2O2、光催化氧化、电化学氧化法等高级氧化处理工艺，在处理有毒有害废水方面得到了广泛的研究。作为高级氧化处理技术，由Fe2+和H2O2组成的Fenton 试剂作为一种强氧化剂，在废水处理中有着广阔的应用前景，但通常存在产生铁泥和低脱色率等缺陷，关于类Fenton 试剂处理染料废水的研究已有相关文献报道。在多相催化体系中，磁性纳米粒子具有高比表面积，高催化活性，提高反应速率及易回收再利用等优点，吸引了人们对于其在Fenton法反应中的应用，但传统加热Fe3O4/H2O2体系类Fenton 法处理罗丹明B时，存在Fe3O4催化H2O2效果不强，过氧化氢的利用率和催化处理率低等问题，因此，为了克服Fe3O4/H2O2体系在Fenton 法反应中的缺陷，Fe3O4/H2O2体系可以通过微波加热，利用微波特殊加热原理，来提高催化体系脱色能力。本文在实验室条件下，应用微波辅助类Fenton 法处理废水中的罗丹明B，对反应条件: 过氧化氢浓度，催化剂Fe3O4用量，反应时间和反应温度等进行了探讨，也对催化剂循环使用情况进行了研究，为微波－类Fenton反应联合工艺应用于有机废水处理提供参考。

1 材料与试剂

1．1 试剂

FeCl2，FeCl3·6H2O，NaOH，30%双氧水，罗丹明B，浓盐酸，实验所用试剂均为分析纯，均来自天津市科密欧化学试剂有限公司，实验用水为超纯去离子水。

1．2 仪器

MAS－Ⅱ微波反应器(上海新仪微波化学科技有限公司)，Zetasirer nano ZS90(马尔文仪器公司)，PHS-2F 精密酸度计(上海虹益仪器仪表有限公司)，UV-2401PC 型紫外可见分光光度计测量分析仪(日本岛津公司)，电子天平(福建名牌产品)，电子调温电热套(天津市泰斯特仪器有限公司)，SHB－IIIA 型水循环真空泵(郑州长城科工贸有限公司)

2 实验部分

2．1 催化剂Fe3O4制备

磁性纳米粒子Fe3O4通过化学共沉淀方法制备。在N2保护下，取FeCl2(1．27g，10 mmol)和FeCl3·6H2O(5．40g，20 mmol)溶于100 mL 无氧水中，制得100 mL 0．3 mol·L-1金属离子溶液(其中含有0．1 mol·L-1 Fe2+和0．2 mol·L-1Fe3+)，其后将金属离子溶液缓慢滴加到100mL 3mol·L-1NaOH 溶液中，水浴加热，当温度升到95°C时，恒温反应2h，然后在冰水中冷却至室温，用强磁铁从溶液中将制的磁性纳米颗粒分离出来，并用50 mL 清水洗涤三次。将制取的固体颗粒在60°C下烘干12 h，得到磁性粉末即样品(Fe3O4，平均粒径= 18 nm)。

2．2 罗丹明B脱色实验

取40．0 mL一定质量浓度的罗丹明B 溶液于锥形瓶中，加入适量的30% H2O2和Fe3O4，以0．4 mol/L HCl 调体系pH值到4，置于MAS-Ⅱ微波反应器，在300W 功率下反应一段时间，离心分离后，在最大吸收波长处测定清液的吸光度。磁性催化剂用磁铁从反应残渣中分离回收，并用于循环脱色反应。

在相同实验条件下，我们也进行了传统加热的类Fenton法脱色罗丹明B 废水对比实验。

2．3 分析方法

纳米材料的粒径通过Zetasirer nano ZS 进行测量，pH 值使用酸度计进行测量，溶液吸光度采用752 型紫外可见分光光度计进行测定。

罗丹明B 脱色率按式(1)计算，

式中: A0为反应前罗丹明B 废水的吸光度，A1为反应后罗丹明B 废水的吸光度。

3 结果与讨论

3．1 过氧化氢浓度对罗丹明B 脱色率的影响

由图1 可见，在5 min 内，在没有过氧化氢存在，单独使用催化剂Fe3O4情况下，罗丹明B 脱色率仅有8%。这一结果表明，在没有过氧化氢的存在下，Fe3O4难以脱色罗丹明B。向含有Fe3O4溶液中加入过氧化氢，罗丹明B 迅速被氧化脱色，罗丹明B 脱色率随过氧化氢浓度的增加而提高。当过氧化氢的浓度达到5．0 mL/L时，在5 min 内，罗丹明B 脱色率达到100%，当过氧化氢的浓度减少到1．0 mL/L，在相同的时间内，罗丹明B 脱色率只有29% (图1)。因此，比较罗丹明B 脱色率，过氧化氢最佳浓度为5．0 mL/L。

3．2 催化剂Fe3O4

用量对罗丹明B 脱色率的影响催化剂Fe3O4用量对罗丹明B 脱色率的影响，如图2 所示。由图2 可知，脱色率随着催化剂的用量增加先提高后降低。当催化剂用量在1．25g/L时，罗丹明B 脱色率达到100%。使用更多量的催化剂Fe3O4时，脱色率开始下降，其原因可能是活性离子Fe2 +/Fe3+增加，羟基自由基产生过快，过多的羟基自由基和其他自由基发生链终止反应，氧化能力因此降低，罗丹明B 脱色率也随之降低。因此，催化剂Fe3O4最佳用量选择1．25g/L。

3．3 反应时间对罗丹明B 脱色率的影响

实验考察了通过不同处理工艺比较，反应时间对罗丹明B 脱色率的影响，实验结果如图3。从图3 可以看出，在5min 内，微波辅助Fe3O4处理罗丹明B 脱色率只有8%，微波辅助H2O2处理罗丹明B 脱色率只有32%，传统Fenton 法处理罗丹明B 脱色率仅有56%，而微波辅助类Fenton 法处理罗丹明B 脱色率达到100%。通过比较脱色率得知，微波辅助类Fenton 法反应可以加快脱色过程，因此，下面的实验反应时间选定为5 min。

3．4 反应温度对罗丹明B 脱色率的影响

不同反应温度对罗丹明B 的脱色率的影响见图4。如图4 所示，反应温度对罗丹明B 脱色有很大的影响。反应5min，反应温度为60℃时，罗丹明B 脱色率为54%，反应温度为70℃时，罗丹明B 脱色率为74%，反应温度为80℃时，罗丹明B 脱色率为100%，远高于反应温度为60℃和70℃时的脱色率，间接证明了脱色过程吸热的特性。因此，最佳反应温度为80℃。

3．5 催化剂重复利用

在微波辅助Fe3O4/H2O2体系最佳实验条件下进行Fe3O4重复利用实验。通过磁分离从溶液中分离出来磁性纳米颗粒，以去离子水洗涤三次，用于下一次实验。从图5看出，催化剂经6 次循环实验，罗丹明B 脱色率还可以达到100%，表明重复使用的磁性纳米颗粒仍保持良好催化活性。六次实验后，将硫氰酸盐和1，10-邻二氮菲加入到反应溶液中，没有观察到红色现象。这个现象说明从催化剂脱落的铁离子可忽略不计，表明磁性催化剂非常稳定，可以重复使用。

4 结论

我们在实验室条件下采用微波辅助类Fenton 法联合处理工艺对罗丹明B 进行了脱色处理。研究结果表明:

(1)300 W 微波条件下，在初始pH 值为4，罗丹明B 浓度为100 mg/L 废水中，在反应温度80℃，反应时间5 min，H2O2用量5．0 mL/L，Fe3O4用量1．25g/L时，罗丹明B 脱色率达到100%。。

(2)与传统加热类Fenton 法脱色罗丹明B 相比较，类Fenton 试剂Fe3O4/H2O2和微波的联合工艺脱色罗丹明B 能大大减少反应时间，提高罗丹明B 脱色率。

(3)催化剂Fe3O4经六次循环测试表明，磁性催化剂非常稳定，可重复利用，且易回收。