無機(jī)陰離子對Fenton試劑處理活性艷紅 K-2BP 染料廢水的影響
高 霞1，梁海燕1，張瑞芳1，席景磚2
( 1． 新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)系，河南 新鄉(xiāng) 453003; 2． 新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)
摘要: 目的 探討無機(jī)陰離子對 Fenton 試劑處理活性艷紅 K-2BP 染料廢水的影響。方法 以偶氮染料活性艷紅 K-2BP 配制模擬染料廢水，考察不同濃度的無機(jī)陰離子 S2 －、H2PO－4、Cl－和 SO42 －對 Fenton 試劑氧化降解的影響。結(jié)果 FeSO4的加入量為 5． 00 mL、H2O2的體積為 0． 50 mL 時(shí) K-2BP 達(dá)到最佳降解率( 98． 12%) 。S2 －對 Fenton 試劑氧化降解的抑制作用非常明顯，H2PO－4也具有不同程度的抑制作用; C1－和 SO42 －對活性艷紅 K-2BP 的降解無影響。結(jié)論 在 Fenton 試劑處理實(shí)際工業(yè)廢水時(shí)，有必要先采取措施消除 S2 －和 H2PO－4影響。本研究為 Fenton 試劑在染料廢水深度處理領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供了科學(xué)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞: 無機(jī)陰離子; Fenton; 活性艷紅 K-2BP; 降解率
中圖分類號: R136． 3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號: 1004-7239( 2011) 05-0569-03
染料廢水處理的難點(diǎn)在于水量大、色度深、水質(zhì)變化大、有機(jī)毒物含量高、成分復(fù)雜以及生物降解難等，是國內(nèi)外公認(rèn)的難處理的工業(yè)廢水之一［1］。Fenton 試劑通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的羥基自由基，羥基自由基具有很強(qiáng)的加成反應(yīng)特征［2］。目前，關(guān)于無機(jī)離子對 Fenton 試劑氧化降解性能的影響研究較少，而且，實(shí)際的染料廢水中通常存在大量溶解性的無機(jī)陰離子和金屬陽離子，如硫離子( S2 －) 、氯離子( Cl－) 、硫酸根離子( SO42 －) 、磷酸二氫根離子 ( H2PO4－) 、錳離子 ( Mn2 +) 和銅離子( Cu2 +) 等，即使經(jīng)過吸附、過濾等預(yù)處理，也無法完全去除，并可能在一定程度上影響 Fenton 氧化反應(yīng)過程，因此，有必要開展無機(jī)陰離子對 Fenton 氧化降解染料廢水的影響實(shí)驗(yàn)。本研究以偶氮染料活性艷紅 K-2BP 配制模擬染料廢水，考察不同濃度的無機(jī)陰離子 S2 －、H2PO4－、Cl－和 SO42 －對 Fenton 氧化降解的影響，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對其作用機(jī)制進(jìn)行探討。
1 材料與方法
1． 1 主要儀器 320-S pH 計(jì)( 梅特勒-托利多儀器上海有限公司) ; BS224 電子天平( 賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司) ; VIS-7220 可見分光光度計(jì)( 北京瑞利分析儀器公司) ; HJ-3 數(shù)顯恒溫磁力攪拌器( 金壇市杰瑞爾電器有限公司) 。
1． 2 主要試劑 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30% H2O2( 鄭州惠澤生化科技有限公司，批號: 20100902) ; 活性艷紅 K-2BP( 天津天順化工染料有限公司，批號: 20080506) ; 硫化鈉 ( 天 津 科 密 歐 化 學(xué) 試 劑 有 限 公 司，批 號:20100423) ; 磷酸二氫鈉( 天津天力化學(xué)試劑有限公司，批號: 20080725) ; 氯化鈉( 天津天力化學(xué)試劑有限公司，批號: 20080423) ; 硫酸鈉( 天津德恩化學(xué)試劑有限公司，批號: 20090324) ; 硫酸亞鐵( 天津科密歐化學(xué)試劑有限公司，批號: 20090823) 。
1． 3 實(shí)驗(yàn)方法
1． 3． 1 模擬水樣的配制 準(zhǔn)確測取 100 mg 活性艷紅 K-2BP 染料，用蒸餾水配制成 100 mg·L－ 1的模擬染料廢水。
1． 3． 2 Fenton 試劑組成水樣處理效果的影響 取100 mL 水樣于 5 個(gè)反應(yīng)器中，用 1． 00 mol·L－ 1硫酸溶液調(diào)節(jié)初始濃度 C0已知的模擬水樣初始 pH值至 3． 0，分別投加 5 mL 濃度為 10 mmol·L－ 1的FeSO4和 0． 20、0． 50、1． 00、2． 00、4． 00 mL H2O2溶液，將溶液置于磁力攪拌器上攪拌15 min，待反應(yīng)結(jié)束后采用可見分光光度計(jì)在檢測波長 531 nm 下測定活性艷紅 K-2BP 的濃度 Ce，并計(jì)算降解率 K，其中 K = ( C0－ Ce) /C0× 100% 。
1． 3． 3 無機(jī)陰離子對 Fenton 試劑氧化效果的影響
取 100 mL 水樣于反應(yīng)器中，先加入 0． 00 ～3． 00 mmol·L－ 1的 S2 －和 0． 00 ～1． 60 mmol·L－ 1的H2PO4－、Cl－及 SO42 －離子，用 1． 00 mol·L－ 1硫酸溶液調(diào)節(jié)初始濃度已知的模擬水樣初始 pH 值至3. 0，再按照氧化效果最佳條件投加適量的 FeSO4和H2O2溶液，使 Fenton 氧化降解活性艷紅 K-2BP 具有較佳的反應(yīng)速率。溶液置于磁力攪拌器上攪拌，待反應(yīng)結(jié)束后迅速取樣，并用 1． 00 mol·L－ 1氫氧化鈉調(diào)節(jié) pH 值至 10． 0 終止反應(yīng)，靜置一段時(shí)間，取上層清液測定其濃度，并計(jì)算降解率。
2 結(jié)果
2． 1 Fenton 試劑組成對水樣處理效果的影響 結(jié)果見表 1。FeSO4的加入量為 5． 00 mL、H2O2的體積 為 0． 50 mL 時(shí) K-2BP 達(dá) 到 最 佳 降 解 率( 98. 12%) 。
2． 2 無機(jī)陰離子對 Fenton 試劑水樣處理效果的影響 S2 －、H2PO4－對 Fenton 試劑處理效果的影響分別見圖 1 和圖 2。由圖 1 可知，S2 －對 Fenton 試劑氧化效果影響非常明顯。隨著 S2 －濃度不斷增加，水樣中 K-2BP 降解率明顯下降，尤其當(dāng) S2 －濃度超過1． 00 mmol·L－ 1時(shí)，活性艷紅 K-2BP 降解率急劇下降。當(dāng) S2 －濃度增加至 3． 00 mmol·L－ 1時(shí)，水樣中K-2BP 降解率由原來的 98． 00% 降至 20． 00% 。從圖2 可以看出，H2PO4－同樣抑制了 Fenton 試劑的氧化能力。隨著水樣中 H2PO－4濃度增加，活性艷紅K-2BP 的降解率呈明顯下降趨勢。當(dāng) H2PO4－濃度為 1． 60 mmol·L－ 1時(shí)，活性艷紅 K-2BP 降解率與不含 H2PO－4時(shí)相比下降了 57． 80%。添加 Cl－及SO42 －至 1． 60 mmol·L－ 1K-2BP 的降解率仍保持在98． 00% ，說明這 2 種陰離子對 Fenton 試劑處理效果無影響。
3 討論
本研究考察了典型無機(jī)陰離子對 Fenton 試劑處理活性艷紅 K-2BP 染料廢水的影響。結(jié)果表明，當(dāng) FeSO4的加入量為 5． 00 mL、H2O2的體積為0． 50 mL時(shí) K-2BP 達(dá)到最佳降解率( 98． 12% ) 。當(dāng)H2O2體積 ＜0． 50 mL 時(shí)，反應(yīng)生成的 HO－少，影響氧化效果; 當(dāng)其體積 ＞0． 50 mL 時(shí)，過量的 H2O2與HO－反應(yīng)，利用率降低。另外，S2 －、H2PO－4的存在大大影響 Fenton 試劑降解活性艷紅 K-2BP 的效果。S2 －是 強(qiáng) 還 原 劑，容 易 被 強(qiáng) 氧 化 劑 H2O2氧 化。S2 －可以直接被氧化為單質(zhì) S 或 SO42 －，會(huì)消耗部分H2O2使得羥基自由基的生成量減少［3-4］。因此，采用 Fenton 試劑處理實(shí)際工業(yè)廢水時(shí)，如果其中含有S2 －，必須先采取措施降低 S2 －的含量。這是由于H2PO4－對 Fe2 +和 Fe3 +有較強(qiáng)的配合作用，使 Fe2 +失去了與 H2O2發(fā)生反應(yīng)的活性，同時(shí)，鑒于普通Fenton 反應(yīng)下 Fe3 +向 Fe2 +轉(zhuǎn)化的速率較低，上述配合反應(yīng)進(jìn)一步阻斷了 Fe2 +的生成［5］。因此，F(xiàn)enton鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速率下降，氧化降解染料的效果降低，且H2PO4－濃度越高抑制作用越強(qiáng)。在實(shí)際廢水處理中，有必要采取適當(dāng)措施消除 H2PO4－影響，而 Cl－、SO42 －的存在對活性艷紅 K-2BP 的降解不產(chǎn)生影響，此結(jié)果為 Fenton 試劑在染料廢水深度處理領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。
參考文獻(xiàn):
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來源：中國化學(xué)試劑網(wǎng)
