芬顿氧化法降解水溶液中甲基橙的研究.docx

芬顿氧化法降解水溶液中甲基橙的研究 孟宁 欧晓霞 秦雷云 何雪平 崔子硕 王驭晗摘要：进行了芬顿体系催化氧化降解染料甲基橙水溶液的研究，考察了pH值、Fe2+和H2O2投加量、温度等因素在对甲基橙降解率的影响结果表明：在室温20℃下，pH=3.0、[Fe2+]0.4 mmol/L[H2O）2]1.2 mmol/L的条件下，反应30 min后，甲基橙水溶液（30 mg/L）的降解率达到90%升高反应温度，有利于Fenton体系中甲基橙的降解，但影响并不显著结果可为利用芬顿体系处理含甲基橙的印染废水提供理论依据关键词：芬顿;甲基橙;降解：X703：A：1674-9944（2018）8-0061-031 引言印染纺织工业排放的大量废水，组成多变，因含有大量的染料造成了对环境的严重污染，降低水的透明度和阳光的穿透深度，从而影响自然水体的光合作用活性和溶解氧量其中，偶氮染料废水色度高、有机组分复杂、化学性质稳定、微生物降解难，是较难治理的有机废水[1]目前印染废水不能达标排放，往往是色度因素[2]，因此印染废水的脱色是印染行业的主要环保问题高级氧化技术基丁羟基自由基OH（标准氧化还原电位为2.8 V）的强氧化性，被认为是处理难降解有机废水有发展前景的方法;其中芬顿（ Fenton）氧化法具有操作过程简单、反应物易得、无需复杂设备且对环境友好等优点，在印染[2，3]、制革[4]、制药[6]等废水的预处理和深度处理过程中得到了较为广泛的研究和应用。

甲基橙（methyl orange，MO）是染料废水中较难降解的一种偶氮类化合物，已有报道利用含铁的柱撑膨润土[6]、FeVO4[7]等光催化剂降解甲基橙溶液本文以甲基橙溶液为模拟偶氮染料废水，着重考察Fenton法对MO脱色的工艺性能及其主要影响因素2 材料与方法2.1 仪器及试剂主要仪器有：722光栅分光光度计（上海分析仪器厂），PHS 25型酸度计（上海雷磁仪器厂），电热恒温鼓风干燥箱DHG - 9246A（上海精宏实验设备有限公司），DF- 101S集热式磁力加热搅拌器（大连科锐牛物工程有限公司）;主要试剂有甲基橙、过氧化氫（H2O2，质量分数30%）、硫酸亚铁铵、氯化氢、氢氧化钠，均为分析纯实验中均用超纯水（18.2 MΩcm）配制溶液和进行反应2.2 方法称取甲基橙试剂，配成100 mg/L的储备液，在冰箱中避光保存取一定体积的甲基橙溶液，加入不同浓度的Fe（Ⅱ），用HC1或NaOH调节溶液所需要的pH值，加入H202启动反应，并开始计时，在固定时间取出水样快速分析甲基橙溶液浓度采用分光光度计在波长464 nm处时测定的吸光度根据反应前后样品的吸光度变化求得脱色率，计算公式为：ω（%）=[（A0-A）/A0]100% （1）式中ω为去除率;A0为反应前464 nm处的吸光度值;A为反应后464 nm处的吸光度值。

3 结果与讨论3.1 不同的溶液初始pH值对甲基橙降解的影响在甲基橙浓度为30 mg/L、Fe2+的初始浓度为0.4mmol/L、H2O2的初始浓度为1.2 mmol，/L、温度为20℃的反应条件下，不同的溶液初始pH对甲基橙降解的影响见图1由图1可见，Fenton氧化降解甲基橙的最佳pH值是3.0，反应30 min后，甲基橙的去除率为90%Fen-ton试剂的氧化反应是一个复杂的过程，作用机制为Fe2+催化H202分解生成强氧化性的OH，并利用其攻击和破坏有机质，达到水质净化的目的[8]，其最主要的反应式如下：Fe2++H2O2→OH+Fe3+OH- （2）Fe3++H202→Fe2+++H20+H+（3）当pH=2时，甲基橙的去除率并不是很高，这是由于pH值过低时，高的H浓度会减慢Fe3+转换为Fe2+，阻碍Fe2+的再生（式3），降低反应的循环效率，另外H+过高还会与OH反应生成H2O当pH值在5和6时，OH-浓度较高，会使反应（2）受阻，因此抑制了OH的生成，甲基橙的去除率分别为15%和32%同时，中性和碱性条件下会逐渐转化为铁氧化物沉淀，不能有效的催化H202生成OH，减慢Fenton反应速率。

闫巍等人[9]用Fe3O4-;膨润土作为电Fenton催化剂时，降解橙黄的最佳pH值也是33.2 不同的Fe2+初始投加量对降解的影响当甲基橙的初始浓度为30 mg/L、H202的初始浓度为1.2 mmol/L、温度为20℃时、初始pH值为3时，不同的Fe2+初始投加量对甲基橙降解的影响见图2由图2可见，当Fe2+初始投加量为0.4 mmol/L时，去除率最大，为90%Fe2+的浓度过高或过低都不利于反应的发生当溶液Fe2+浓度过大时，一方面多余的Fe2+与OH-反应，生成絮状沉淀物，降低去除率;另一方面，Fe2+也会淬灭系统中存在的OH（如反应4），使得与甲基橙反应的OH减少当溶液中Fe2+浓度过低时，不能使H2 02完全反应，限制了反应速率当反应（2）发生一段时间，又生成了Fe2+，可与H202反应，因此即使Fe2+初始投加量较低，反应后期的去除率并不很低Fe2+OH→Fe3++OH-（4）3.3 不同的H2O2初始投加量对甲基橙降解的影响H202在Fe2+催化作用下产生高氧化电位、无选择性的OH，所以其浓度直接影响OH的生成量[1O]当甲基橙的初始浓度为30 mg/L、Fe2+的初始浓度为0.4 mmol/L、温度为20℃、初始pH值为3时，不同的H202初始投加量对甲基橙降解的影响见图3。

从图3可以看出，当H202浓度为0.4，0.8，1.2和2.O mmol/L时，对应的甲基橙的降解率分别为32%，64%，90%和91%，甲基橙的降解速率随着H202浓度的增大而增加这是因为H202是产生OH的来源，随着H202投加量的增加，按照反应式（2），Fenton体系中H202和Fe2+反应生成的OH的浓度就会增加，从而提高了甲基橙的脱色速率同时，由于H202也会和系统中存在的OH反应（如反应5），因此，当H2 02的浓度从1.2升高到2.0时，甲基橙的去除率并没有明显变化H202+OH→H02 +H20 （5）3.4 不同的反应温度对降解的影响当甲基橙的初始浓度为30 mg/L、Fe2+的初始浓度为0.4 mmol/L、H2O2的初始浓度为1.2 mmol，/L、初始pH值为3时，不同的反应温度对甲基橙降解的影响见图4由图4可知，反应温度在20℃～30℃时，甲基橙的去除率较高，温度过高或过低都不利于反应的发生当反应温度过高时，H202易挥发，导致氧化反应不能充分发生，因此去除率并没有升高：当反应温度过低时，催化剂的反应活性受到影响，反应不能快速发生因此，可以认为Fenton降解甲基橙的反应能够在室温下反应。

4 结论（1）本实验条件下的Fenton体系中，H2O2最适用量为1.2 mmol/L，Fe2+最适用量为0.4 mmol/L，pH值为3.O，甲基橙废水（30 mg/L的降解率达到90%以上2）升高反应温度，有利于Fenton体系中甲基橙的降解，但影响并不显著參考文献：[1] Sakkayawong N， Thiravctyan P， Nakbanpotc W. Adsorptionmechanism of synthetic reactive dye wastewater by chitosan[J].Journal of Colloid and Interface Science， 2005， 286：3～42.[2]SUN S P.LI C J，SUN J H， et al.Decolorization of an azo dyeOrange G in aqueous solution by Fenton oxidation process： Effectof systcm paramctcrs and kinetic study[J]. J Hazard Mater，2009，1611：1052～1057.[3lXiaoxia Ou， Chong Wang， Fengjie Zhang， Hongjie Sun， Wuyunna. Degradation of Methyl Violet by Fenton-s Reagent： KineticModeling and Effects of Parameters[J]. Desalination and WaterTreatmcnt， 2013， 51;13～15，2536～2542.[4]孪章良，陈阿红，黄美华，等.uv - Fenton法深度处理皮革废水[J].环境工程学报，2013，7（1）：181～184.[5]李再兴，左剑恶，剧盼盼，等.Fenton氧化法深度处理抗生素废水二级出水[J].环境工程学报，2013，7（1）：132～136.[6]温丽华，李益民，刘颖，等，含铁的柱撑膨润土光催化降解甲基橙[J].化学学报，2005，63（1）：55～59.[7]王敏，王里奥，张 史，等.FeVO4光催化剂降解甲基橙研究[J].功能材料，2009，40（2）：201～204.[8]钱光磊，谢陈鑫，滕厚开，等.SI3R实现选择性硝化过程及动力学研究[J].环境科学学报，2016，36（7）;2422～2427.[9]闫巍，余智勇，田江南，等.Fe304-膨润土作为电Fenton催化剂用于降解橙黄[J].工业水处理.2018，38（2）;40～43.[10]欧晓霞，张凤杰，王 崇.光/Fenton体系氧化降解水中孔雀石绿的研究[J].大连民族学院学报.2013，15（l）：8～11. -全文完-。