酸性红B染料废水处理方法

Posted 2023-01-15 酸性

篇首语：天行健，君子以自强不息。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了酸性红B染料废水处理方法相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

类Fenton是在Fenton工艺中引入紫外光等以提高•OH的产生率及氧化过程的动力学速率，如Fe2+/H2O2/UV等。采用该类技术处理难降解有机物具有广阔前景，但由于处理费用高、加入的金属离子会引入二次污染等缺点而限制了该类技术的推广。

活性炭具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，被广泛用于吸附和催化领域。将金属离子负载于活性炭上制备成负载型催化剂，不仅可以避免金属离子的二次污染，还可重复使用，提高催化剂的利用率并降低成本。活性炭对微波有很强的吸收能力，微波辐射会在活性炭表面产生热点，可强化催化作用。但目前国内对将金属离子负载于活性炭上并采用微波诱导的类Fenton反应研究较为有限。

笔者以颗粒活性炭为载体，负载铁、铜离子制备了催化剂，采用微波/催化剂/H2O2工艺降解偶氮染料酸性红B，探讨了不同因素对酸性红B降解率的影响，以期开发一种低成本的催化氧化方法来处理色度高、有机物浓度大、难降解的染料废水。

1实验部分

1.1试剂和仪器

试剂：酸性红B，市售分析纯；H2O2（质量分数30%），优级纯，成都市科龙化工试剂厂；硝酸铁，分析纯，上海强顺化学试剂有限公司；邻菲啰啉，分析纯，重庆博艺化学试剂有限公司；硝酸铜、二乙基二硫代氨基甲酸钠，分析纯，成都市科龙化工试剂厂。

仪器：MCL-2型微波化学实验仪，四川大学无线电系；pHs-25型数显酸度计，杭州雷磁分析仪器厂；752型紫外可见分光光度计，天津市拓普仪器有限公司；DR4000型分光光度计，美国哈希公司。

1.2活性炭载体的制备

实验所用活性炭为重庆天池化工有限公司生产的椰壳活性炭，粒度为1.65～0.69mm（10～24目），比表面积（1100±50）m2/g，碘值900～1100mg/g，苯酚吸附值150mg/g，四氯化碳吸附率50%～70%，亚甲蓝吸附值（180±10）mg/g。

将活性炭用高纯水洗涤至洗液清澈，在105℃下烘干后浸于体积分数为1%的HCl溶液中，在20℃、200r/min下震荡4h去除活性炭表面的灰分，用高纯水洗涤至洗液pH不再变化，置于105℃烘箱中烘干12h。在氮气保护下进行微波改性处理，改性条件为载气流量30L/h、微波功率100W、辐照时间3min，以改性后的活性炭作载体负载催化剂。

1.3催化剂的制备

在焙烧管中加入3g改性活性炭，按所需量加入Fe（NO3）3、Cu（NO3）2溶液，浸渍24h后，于105℃烘干12h，置于马弗炉中300℃焙烧2h后即得到负载型催化剂。

1.4酸性红B的测定

分别对质量浓度为10、50、100mg/L的酸性红B进行吸光度扫描，见图1。从图1可以看出，酸性红B在506nm处具有稳定的吸收峰。

在10～150mg/L范围内配制酸性红B标准溶液，在λ=506nm处测其吸光度，得到质量浓度-吸光度标准曲线，如图2所示。从图2可以看出，酸性红B的质量浓度与吸光度呈线性关系，R2可达0.9999。利用该标准曲线，可通过测定酸性红B的吸光度来计算酸性红B的质量浓度。

1.5实验方法

取100mL质量浓度为100mg/L的酸性红B溶液，加入一定量的催化剂、H2O2溶液，放入微波炉中，设定好微波功率和辐照时间后开启微波，对酸性红B进行催化氧化降解实验。取反应后的上清液测定酸性红B，计算出相应的降解率。

2结果与讨论

2.1催化剂的确定

在催化剂用量为0.2g、H2O2用量为0.1mL、微波功率300W、辐照时间4min的条件下，采用微波/催化剂/H2O2工艺降解酸性红B，考察各催化剂的催化性能，结果见表1。

从表1可以看出，由于负载金属离子的种类和负载量不同，酸性红B的降解效果差异很大，降解率在51%～98%之间。其中负载Fe3+的催化剂催化效果较差；负载Cu2+的效果优于负载Fe3+；而负载铁铜双金属离子的催化剂降解率在96.67%～97.33%，催化效果最好。当Fe3+、Cu2+负载量由0.7%增加到1.0%时，降解率均有提高，此后继续增加金属离子负载量，降解率不再发生明显变化。分析其原因，活性炭上可供金属离子负载的活性位数量是一定的，当金属离子负载量较少时，还存在多余的活性位，此时增加负载量可以提高催化效果；而当活性位均被占据后，金属离子负载达到饱和，再增加金属离子也不能提高催化效果。在Fe3+-Cu2+负载双金属催化剂中，固定Cu2+负载量为1.0%，当Fe3+负载量在0.7%～1.5%范围内变化时没有引起降解率的显著差异，降解率在96.67%～97.33%，说明在Fe3+-Cu2+催化剂中起到主要催化作用的是Cu2+。由以上分析可知，Fe3+-Cu2+型催化剂的催化性能最好，其适宜的Fe3+、Cu2+负载量均为1.0%。

2.2酸性红B降解因素分析

2.2.1初始pH的影响

在投加0.2g催化剂、0.1mLH2O2、微波功率为300W及辐照时间4min的条件下，考察初始pH对酸性红B降解率的影响，结果见图3。

从图3可见，初始pH对酸性红B的降解率影响很大，在考察的初始pH范围内，反应后溶液中酸性红B在0.95～58.26mg/L之间，对应的降解率为99.05%～42.32%，差异显著。pH在2.5～4时，降解率为98.97%～99.05%，差异较小，但当pH＞4时酸性红B的降解率显著下降；pH达到6时，降解率降到42.32%，可见较高的pH不利于催化反应的进行，适宜pH为3。

分析其原因，对于微波诱导下的类Fenton反应，酸性环境有利于•OH产生。类Fenton反应与Fenton反应相似，其最优pH在2.5～4.0之间，当pH＞4时，金属离子会与缓冲剂形成络合物，降低H2O2分解的动力学速率，从而抑制•OH的生成〔1〕；另外，酸性红B为阳离子弱酸性染料，在水中溶解度高，pH过高时酸性红B会发生色光变化，甚至产生沉淀〔3〕，减少其与催化剂及•OH的接触碰撞，从而降低降解效果。

2.2.2催化剂投加量的影响

在反应液初始pH为3、H2O2用量为0.1mL、微波功率为300W及辐照时间4min的条件下，考察催化剂投加量对降解效果的影响，结果见图4。

由图4可知，无催化剂存在时酸性红B的降解率很低，只有4.6%，随着催化剂的加入，降解率迅速增加，说明催化剂对酸性红B降解效果影响较大；此后随着投加量的增加，酸性红B的降解率逐步提高，当催化剂投加量为0.1g时降解率可达99.14%，4min内基本能将酸性红B去除。

2.2.3H2O2投加量的影响

在反应液初始pH为3、催化剂投加量为0.1g、微波功率300W及辐照时间4min的条件下考察H2O2投加量对降解效果的影响，结果见表2。

由表2可知，未投加H2O2时酸性红B降解率仅为1.34%，加入H2O2后降解率急剧增加，当H2O2投加量为0.05mL时，降解率达到最大值99.08%；此后随着H2O2的继续增加，降解率由99.08%降低到97.58%，即酸性红B降解率随H2O2投加量的增加呈现先增大后略减小的趋势。分析其原因，H2O2在微波辐照下产生超强氧化性的•OH〔4〕，但H2O2本身又是•OH的猝灭剂，投加量过多反而会导致•OH生成链的终止（•OH+H2O2→H2O+HO2•），而且生成的•OH也很容易发生自聚合反应（•OH+•OH→H2O2）〔2〕，因而不利于酸性红B的降解。实验确定的H2O2适宜投加量为0.05mL。

2.2.4微波功率的影响

在反应液初始pH为3、催化剂投加量为0.1g、H2O2投加量为0.05mL、辐照时间4min的条件下，考察微波功率对降解效果的影响，结果见表3。

由表3可知，无微波作用时酸性红B的降解率仅有5.84%，微波功率为100W时降解率为17.52%，微波诱导作用不明显。但当功率从100W增加到200W时，酸性红B的降解率急剧上升到96.13%；功率达到300W时降解率最高，达到99.05%；继续增加微波功率，降解率有微弱的降低。说明微波诱导作用对降解反应的进行会产生明显影响。由于过高的功率会产生高温，导致部分H2O2分解成O2和H2O〔5〕，不利于•OH的生成及酸性红B的降解，因此适宜的微波功率为300W。。

2.2.5微波辐照时间的影响

在反应液初始pH为3、催化剂投加量为0.1g、H2O2投加量为0.05mL、微波功率300W的条件下，考察微波照射时间对酸性红B降解效果的影响。当辐照时间为1min时酸性红B降解率为43.09%，随着辐照时间的延长，降解率明显增加；当辐照时间由1min增加到3min时，去除率由43.09%升高到96.14%。辐照时间为4min时，酸性红B的降解率达到最大值99.05%，几乎降解完全。

3结论

（1）采用微波/催化剂/H2O2降解酸性红B时，不同负载金属离子和负载量催化剂的降解效果差异很大。其中Fe3+-Cu2+（质量分数均为1.0%）负载活性炭催化剂的效果最好。

（2）酸性红B降解率随催化剂投加量的增加而提高；初始pH在2.5～4时催化活性差异小，催化反应可顺利进行，较高的pH不利于催化反应的进行。

（3）对于100mL初始质量浓度为100mg/L的酸性红B染料废水，在初始pH=3、催化剂投加量0.1g、H2O2投加量为0.03mL、微波功率300W、反应4min的条件下，可有效去除酸性红B，去除率达到99.05%。