均相Co（II）/過一硫酸氫鹽體系中染料羅丹明B的降解

摘 要：研究采用均相Co（II）/PMS（過一硫酸氫鹽）系統(tǒng)從水溶液中催化氧化去除生物難降解有機(jī)物羅丹明B（RhB）；考察了催化劑投加量、氧化劑投加量、反應(yīng)物初始濃度、溫度等因素對(duì)降解RhB的影響。

關(guān)鍵詞：鈷離子；PMS；羅丹明B；高級(jí)氧化法

羅丹明B（RhB）是一種在工業(yè)上應(yīng)用非常廣泛的有機(jī)染料，呈酸性，如果處理不好，對(duì)環(huán)境的破壞力極強(qiáng)。因此對(duì)含有羅丹明B廢水的降解處理十分重要。目前對(duì)RhB的主要去除方法有吸附法、光催化氧化法、Fenton法、超聲降解法、臭氧氧化法、電化學(xué)氧化法等[1-4]。

文章主要研究的是采用均相Co（II）/PMS系統(tǒng)從水溶液中催化氧化去除生物難降解有機(jī)物羅丹明B（RhB），考察了催化劑投加量、氧化劑投加量、反應(yīng)物初始濃度、溫度等因素對(duì)降解RhB的影響。

1 試驗(yàn)

文章主要研究了三個(gè)影響因素：CO2+投加濃度，PMS投加量（PMS與RhB的摩爾比），RhB的初始濃度。每個(gè)因素都有四個(gè)水平（表1）。正交實(shí)驗(yàn)是分析這三個(gè)影響因素的影響程度和選擇實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的一個(gè)最佳條件，總共有16組混合實(shí)驗(yàn)。

鈷的標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液制備過程：稱取1.0000g金屬鈷（w>99.9%），將其置于250ml燒杯中，加30ml硝酸溶液，加熱溶液，冷卻后移入1000ml容量瓶中，用純水定容。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平表

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑CO2+投加濃度的影響

圖1為催化劑CO2+投加濃度對(duì)RhB降解效果的影響。從圖1中可以看出，當(dāng)不加催化劑鈷離子時(shí)，RhB的去除率只有47%，當(dāng)加入催化劑后，RhB的去除率可達(dá)到81%以上，因此鈷離子投加濃度為300μg/L是實(shí)驗(yàn)的最佳選擇。

2.2 催化劑中不同陰離子的影響

圖2為隨催化劑CO2+一起帶入溶液中的不同陰離子對(duì)RhB降解效果的影響，從圖中可以看出，SO42-、Cl-、NO3-這三種陰離子帶入溶液中，RhB的降解效率和降解速率幾乎是一樣的。Y.R.Wang等人研究了SO42-、Cl-、NO3-這三種陰離子對(duì)Fe（Ⅱ）-Oxone-RhB體系的影響，結(jié)果表明，SO42-對(duì)Fe（Ⅱ）-Oxone-RhB體系有明顯的抑制作用，NO3-無(wú)影響，Cl-起到促進(jìn)作用。

2.3 氧化劑過一硫酸氫鹽（PMS）投加量的影響

圖3為氧化劑投加量對(duì)RhB降解的影響。適當(dāng)?shù)靥岣逷MS投加量，有利于RhB的降解與礦化的進(jìn)行。但PMS的投加量不可過大，過多的HSO5-會(huì)與生成的SO4-反應(yīng)產(chǎn)生SO5-，使氧化速率受到不利影響，而且PMS的投加量過大會(huì)造成體系中硫酸鹽含量超標(biāo)，造成新的水質(zhì)污染問題。

2.4 反應(yīng)物初始濃度的影響

圖4為反應(yīng)物初始濃度對(duì)RhB降解效率和降解速率的影響。從圖中可以看出，隨著反應(yīng)物濃度的增加，RhB的降解效率和降解速率均是減小的。RhB是酸性染料，濃度越高，pH越小，因此反應(yīng)物濃度越低，pH越大，RhB的降解效率和降解速率越高。當(dāng)RhB的初始濃度為30mg/L以上時(shí)，RhB的降解效率和降解速率的變化趨于平緩，這可能是因?yàn)榇藭r(shí)溶液的pH隨反應(yīng)物濃度的增加變化較小，同時(shí)因?yàn)榉磻?yīng)物濃度的增大之后，溶液中RhB分子的密度增加，從而使RhB分子與自由基的碰撞幾率增加，減小了自由基的清除速率，有利于提高RhB的氧化速度。

圖4 在CO2+作用下不同反應(yīng)物濃度對(duì)RhB降解率的影響。條件：PMS/RhB摩爾比=20：1，[CO2+]0=300μg/L。

2.5 反應(yīng)溫度的影響

圖5為在CO2+/PMS作用下反應(yīng)溫度對(duì)RhB降解的影響，反應(yīng)溫度范圍為15-36℃。從圖中可以看出，溫度越高，RhB的降解速率明顯加快，這可能是由于溫度越高，加快了分子的運(yùn)動(dòng)，并且RhB分子在高溫下能更容易克服活化能，從而提高了RhB的氧化速度。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得出PMS投加量對(duì)羅丹明B的降解效率影響最大，CO2+投加濃度的影響次之，RhB初始濃度的影響最小，確定PMS投加量為60：1、CO2+投加濃度為400μg/L、RhB初始濃度為10mg/L為CO（II）/PMS-RhB體系運(yùn)行的最佳條件。（2）RhB的降解效果：隨著CO2+投加濃度的增加、PMS與RhB的摩爾比的增加而更佳；隨著反應(yīng)物濃度的增加沒有明顯變化，但是降解速率隨著反應(yīng)物濃度的增加而減慢；隨著反應(yīng)溫度的增加而沒有明顯變化，但降解速率隨著反應(yīng)溫度的增加而增加。

參考文獻(xiàn)

[1]鋁拉希德.對(duì)羅丹明B在C-20離子交換樹脂上的吸附行為的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究[J].沙特化學(xué)學(xué)會(huì)雜志，2012（16）：209-215.

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作者簡(jiǎn)介：程健（1985-），女，研究方向：水污染控制。