類Fenton反應[Fe（Ⅲ）/H2O2]強化污染物的光降解

摘? 要：本實驗是以紫外燈為光源， 以亞甲基藍染料廢水為研究對象， 對Fe（III），H2O2組成類Fenton體系中Fe（III）的濃度，H2O2的濃度，光照條件對染料降解速率的影響分別進行了探索研究。結果表明引入光照和H2O2對亞甲基藍溶液的降解速率有很大提升，同時Fe（III）具有強化H2O2氧化染料能力的作用。

關鍵詞：類fenton反應;染料降解;光催化

中圖分類號：X703? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

0引言

活性染料因其色澤鮮艷、水溶性好、技術簡單等特點被廣泛應用于印染工業(yè)，但活性染料廢水目前排放量大，成分復雜、化學結構穩(wěn)定不易分解、色度深、有毒、可生化性差，因而處理難度較大。隨著國家廢水排放標準的不斷提高，常規(guī)生物處理已很難滿足要求，如何高效深度的處理染料廢水受到了越來越多的關注。[1]亞甲基藍作為活性染料廢水中常見污染物的一種，本文以它作為代表性活性染料污染物進行研究。

目前印染廢水的深度處理方法主要有吸附法、混凝沉降法、萃取法、高級氧化法、生物法、膜分離法等。[2]我們選擇的Fenton催化氧化法是高級氧化法的一種，憑借著較強的氧化能力、較高的處理效率、溫和的反應條件、靈活的應用以及較為低廉的成本在工業(yè)廢水處理中有著廣泛的應用。[3]

傳統(tǒng) Fenton 體系中，F(xiàn)enton試劑在黑暗中就能降解有機物，節(jié)省了設備投資亞鐵離子和過氧化氫反應降低了過氧化氫的利用率導致·OH產率低，當亞鐵離子濃度過高時會導致水質帶有顏色。在異相類 Fenton 體系中引入光照，可促進反應體系中鐵離子的循環(huán)，提高 H2O2的利用率和反應速率，使有機物被降解得更加徹底。[4]

以Fe（III）替換Fe（Ⅱ）作為類Fenton 氧化催化反應的催化劑，由于Fe3+和紫外線對H2O2的催化分解存在協(xié)同效應Fe（III）與水中的OH復合離子可以直接產生氫基自由基·OH，并產生Fe（II），F(xiàn)e（II）可繼續(xù)與H2O2反應生成·OH，使染料廢水中的有機物更快速的被氧化降解有著成本較低，更為穩(wěn)定的優(yōu)勢。[5]

本研究以亞甲基藍溶液作為研究對象，考察了Fe（III）和H2O2不同濃度的情況下對光-Fenton體系處理亞甲基藍模擬的染料廢水的影響，確定了最優(yōu)反應條件，并對UV-類Fenton體系的反應機理進行了初步探討。

1研究過程

1.1 實驗材料和儀器

（1）試劑：NaOH，濃鹽酸，亞甲基藍，蒸餾水，氯化鐵，雙氧水。

（2）儀器：紫外-可見分光光度計（島津公司，型號：756PC），pH計（METTLER TOLEDO），光催化系統(tǒng)（自制），燒杯，冰箱，容量瓶，移液槍（eppendorf 規(guī)格：100μL、200μL、1000μL），洗瓶，石英比色皿（光亮高科）。

1.2 實驗方法

1.2.1繪制亞甲基藍廢水標準曲線（A-C工作曲線）

注：亞甲基藍溶液在ph=3.0的時候在波長為664nm時吸光度最高。

首先配制濃度C分別為0， 2， 4 ， 6 ， 8 ， 10 mg/L的亞甲基藍溶液，然后用分光光度計掃描，確定污染物吸收峰位置，分光光度計測定在這一波長下（664nm）不同濃度的亞甲基藍溶液的吸光度A，測定一系列已配置的濃度C溶液的吸光度A，作出A-C工作曲線。

1.2.2光-Fenton反應促進亞甲基藍催化降解實驗

首先，配置C=10ppm的亞甲基藍溶液用來模擬染料廢水，取樣100mL放入燒杯中，通過向溶液中添加HCl和NaOH的方式將染料溶液的pH調節(jié)至3.0。分別加入一定量的Fe（III）和H2O2，打開紫外燈管，經過一定時間分別取樣測定亞甲基藍的降解率。對光催化氧化處理前后的染料溶液樣品進行光譜測試，并對反應前后樣品的紫外-可見光譜進行對比分析。

保證其他反應條件不變，改變H2O2 用量，參照亞甲基藍溶液的標準曲線得到反應前后亞甲基藍溶液的濃度，計算降解率，分析Fenton 催化氧化法對廢水中亞甲基藍降解率的影響。

通過測定光照前后溶液的吸光度值，參照亞甲基藍溶液的標準曲線，得到反應前后亞甲基藍溶液的濃度，通過下列公式計算亞甲基藍溶液的降解率R：

R=[（C0-Ct）/C0]×100%

（其中：C0是光照前亞甲基藍溶液的初始濃度，Ct是光照后亞甲基藍溶液的濃度）

2 結果與討論

（1）亞甲基藍染料廢水在 pH =3.0，紫外光照射的條件下反應50min，見圖2。

由圖1、圖2可知，亞甲基藍染料廢水在 pH =3.0，紫外光照射的條件下反應50min，降解率極低，說明在亞甲基藍溶液中加入H2O2，引入紫外光可以顯著提升降解效果。

（2）在亞甲基藍染料廢水 pH =3.0時，分別在C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0228ppb; C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0576ppb;C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb;C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0576ppb四個反應條件下在紫外線燈光照條件下反應15min，見圖3。

如圖3所示在反應15min結束時以C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0576ppb為條件的體系降解率最高，效果最好，到達了98.70%，與之做對比的以C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0228ppb為條件的體系，降低了H2O2的濃度，從數(shù)據(jù)上看其反應速度整體慢于C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0576ppb為條件的體系， C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0576ppb為條件的體系反應5min時降解率為95.00%，而以C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0228ppb為條件的體系反應5min時降解率僅達到80.70%。

以C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0576ppb為條件的體系和以C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb為條件的體系對比，降低了Fe（III）的濃度，數(shù)據(jù)比較沒有大范圍變化但以C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0576ppb為條件的體系的整體反應速度還是大于以C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb為條件的體系。綜上說明H2O2的濃度對于反應降解率的影響大于Fe（III）的濃度對反應降解率的影響。

（3）在亞甲基藍染料廢水 pH =3.0時，一組在C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0228ppb;C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0213ppb的條件下在紫外光燈下反應15min。另一組在C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0228ppb;C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0213ppb的條件下，在沒有紫光光照射的情況下反應15min，見圖4。

在亞甲基藍染料廢水 pH =3.0時，一組在 C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0576ppb;C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb的條件下在紫外光燈下反應10min。另一組在C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb;C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0576ppb的條件下，在沒有紫光光照射的情況下反應10min，見圖5。

如圖4所示，在Fe（III）的濃度偏高時光照條件對實驗結果影響不大，而當Fe（III）濃度減小，H2O2的濃度增加，如圖5所示，光照條件下反應的體系降解率均大于未光照條件下的體系。綜上所述，光照條件對H2O2分解影響比較大。

（4）在亞甲基藍染料廢水 pH =3.0時，在 C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.00288ppb;C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb的條件下在沒有紫外光燈的照射下反應25min，見圖6。

由圖6可知，當Fe（III）的濃度較高時，體系降解率較大，H2O2的分解較快，說明Fe（III）具有強化H2O2氧化能力的能力。

3結論

（1）在亞甲基藍溶液中加入H2O2，引入紫外光有明顯強化降解效果;（2）Fe（III）具有強化H2O2氧化降解污染物的能力;（3）H2O2的濃度變化對于反應降解率的影響較大;（4）在 C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0231ppb 紫外光照的條件下亞甲基藍的降解效果最好。

4創(chuàng)新點與展望

本研究采用Fe（III）/H2O2紫外光照體系來降解亞甲基藍溶液，F(xiàn)e（III）的引入克服了傳統(tǒng)芬頓體系中Fe（II）易被氧化失效而需要補充Fe（II）維持反應的高效進行，F(xiàn)e（III）在紫外光照條件下，可以生成Fe（II），進一步催化H2O2分解，產生·OH促進污染物的降解，實驗結果驗證了Fe（III）具有強化H2O2氧化降解污染物的能力。UV-Fe（III）/H2O2光催化活性強，具有很好的工程應用潛力。

參考文獻

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收稿日期：2019-11-15

作者簡介：舒雪然，女，漢族，北京人。