超聲波結(jié)合膨脹石墨及類芬頓試劑降解偶氮染料

岳冬梅 杜霞 李娟(河北師范大學(xué)匯華學(xué)院，河北 石家莊 050091)

0 引言

如何有效地分解對生態(tài)環(huán)境的危害十分嚴(yán)重的偶氮染料污染物廢水，是廢水處理領(lǐng)域以及環(huán)境保護領(lǐng)域的重要研究方向。偶氮染料廢水的生物降解性特別差，如今傳統(tǒng)的降解方法幾乎無法使降解達標(biāo)。但是人們通過超聲化學(xué)發(fā)現(xiàn)了一種新的廢水處理方法。此種方法是利用超聲化學(xué)方法對工業(yè)廢水中的有機污染物進行降解，特別是對使用正常方法無法降解的有機污染物。這種方法已經(jīng)成為了廢水處理的一個研究方向，經(jīng)過全世界科學(xué)家的努力，這種方法已經(jīng)有了進展。此外，由于此水處理技術(shù)機器設(shè)施設(shè)計簡便、使用方法簡單易懂、并且使用時安全清潔，超聲化學(xué)分解法具有廣闊的發(fā)展前景。

1 膨脹石墨用量的變化對體系降解效果的影響

對于一定量的酸性黑210溶液的處理方式，本次實驗采用了超聲協(xié)同膨脹石墨及類芬頓試劑降解法。只將膨脹石墨用量改變(分別為0.1g/L，0.2g/L，0.3g/L，0.4g/L)，但是類芬頓試劑用量不變，而其他的條件，包括實驗條件與操作方法等外在因素也不進行改變，以此記錄酸性黑210的降解效果，可以看出膨脹石墨用量對效果的影響。根據(jù)記錄可以看出酸性黑210的分解速率根據(jù)膨脹石墨用量的增加而加快。在膨脹石墨的用量從0.1g/L增加到0.2g/L后，酸性黑210的分解速率出現(xiàn)了一個較大的提高，而當(dāng)膨脹石墨用量超過0.2g/L以后，酸性黑210的分解速率提高并不多，趨于平衡。因此從記錄中，可以看出，酸性黑210的分解速率增長最快的時候為膨脹石墨用量在0.1g/L～0.2g/L時。而當(dāng)膨脹石墨用量在0.3g/L～0.4g/L時酸性黑210降解率沒有產(chǎn)生太大的起伏。同時使膨脹石墨用量超過0.4g/L后，對于酸性黑210的分解速率也沒有太大的影響。所以從記錄中可以得出以下結(jié)論：膨脹石墨對于酸性黑210的分解速率影響的最佳用量為0.2g/L。

2 過氧化氫投加量的變更對目標(biāo)體系降解效果的影響

確定了膨脹石墨用量后，在酸性黑210的分解過程中添加少量過氧化氫。通過添加過氧化氫，可以看到酸性黑210的分解效率有了顯著提高。由此可以得出結(jié)論，過氧化氫的施用量對酸性黑210的分解有很大的影響。當(dāng)其他條件不變時，只改變過氧化氫的投放量，使用室溫超聲降解處理105min。隨著過氧化氫投放量的增加，羥基自由基的生成速度和收率增加，分解速度增加。在過氧化氫的投放量為0.4ml(2.72g/L)時，分解效果良好。當(dāng)劑量增加時，酸性黑210的分解速度并沒有明顯增加。因此，為了減少過氧化氫消耗量，控制實驗成本，本次實驗測定了0.4ml(2.72g/L)的過氧化氫為最佳用量。當(dāng)膨脹石墨的添加量為0.2g/L時，為了達到最佳分解效果，氧化劑的用量為2.72g/L。在膨脹石墨的最佳添加量下，過氧化氫的分解被完全利用，氧化劑被消耗得更充分。降解率為89.72%，顯示出較高的降解率。

3 變更超聲功率對目標(biāo)體系降解效果的影響

本次目標(biāo)體系的降解率根據(jù)超聲功率的提高，也增加了降解率。根據(jù)實驗可以得到，當(dāng)超聲波功率被增加至500W時，降解率達到巔峰。不過從控制實驗的成本角度以及降解率的增幅曲線考慮，可以看出本實驗的最佳降解超聲波功率為400W，使用后降解率為95.96%。

4 溶液pH的變更對目標(biāo)體系降解效果的影響

pH值對于類芬頓系統(tǒng)有較大的影響，只有當(dāng)pH值在一個合適的數(shù)值時，才能有利于羥基自由基的生成。許多實驗表明類芬頓反應(yīng)體系在pH值3～5的范圍內(nèi)達到了最高反應(yīng)條件，此范圍與有機物質(zhì)的類型幾乎無關(guān)[1，2]。數(shù)顯酸度計顯示的原始溶液的pH值約為6。觀察酸性黑分解速度的快慢，本次實驗在pH=2～6的范圍內(nèi)進行調(diào)查，當(dāng)酸性黑分解速度最大，可以看到此時的pH值為3。通過翻閱大量實驗數(shù)據(jù)可以得出，pH值小于6時，生成大量的羥基自由基，有利于物質(zhì)的分解。但是，將pH值設(shè)定為3時，羥基自由基的生成沒有進一步增加，物質(zhì)的分解速度降低。因此，初始溶液的pH值過高或過小，對于酸性黑210的分解都有不利之處，只有當(dāng)其pH值為3時，可獲得最大的降解率。

5 高氯酸鐵投加量變更對類芬頓氧化效果的影響

使用10mg/L濃度的高氯酸鐵溶液，其他條件不變，將高氯酸鐵作為單一變量進行控制。高氯酸鐵的加入量分別為0.13g/L、0.17g/L、0.25g/L、0.5g/L、1g/L。Fe3+的水解隨著高氯酸鐵的加入量增加，而Fe3+的水解，對于羥基自由基的產(chǎn)生速度和產(chǎn)量有著直接的影響。隨著給藥量的增加，降解率明顯增加。根據(jù)最終的實驗數(shù)據(jù)，高氯酸鐵的最佳施用量為0.5g/L。

6 草酸銨的投加量對體系降解效果的影響

使用濃度為0.1g/L的草酸銨溶液，使其他條件不變，將草酸銨溶液作為單一變量進行控制。草酸銨溶液添加量分別為0g/L、0.13g/L、0.17g/L、0.25g/L、0.50/L。利用超聲波在室溫下分解105min，用紫外可見分光光度計檢測酸性黑210溶液濃度。將草酸銨設(shè)定為0～0.25g/L時，降解率較高，變化較小。將草酸銨設(shè)定為0.5g/L時，降解率達到峰值。因此，草酸銨0.5g/L分解效果最良好。絡(luò)合物可以影響染料的降解效果，而此絡(luò)合物由草酸銨作為絡(luò)合劑和三價鐵離子形成。

7 結(jié)語

本論文的研究主要圍繞著超聲結(jié)合其他方法在降解偶氮類染料污染物的效率上比較展開考察，確定了最佳降解條件，并研究探討了降解機理。本論文初步摸索偶氮染料廢水的創(chuàng)新降解技術(shù)，為今后工業(yè)染料廢水的降解處理提供理論依據(jù)和實驗基礎(chǔ)。具體來講，取得了以下幾方面的成果：

本論文通過超聲波，將偶氮染料污染物質(zhì)的分解與其他方法進行結(jié)合，針對酸性黑210溶液的降解率，明確了最佳降解條件，同時對降解機理進行了鉆研。研究了偶氮染料廢水的創(chuàng)新分解技術(shù)，提供切實理論基礎(chǔ)和實驗基礎(chǔ)，使得此技術(shù)工業(yè)化有了基礎(chǔ)。具體取得了以下成果：

(1)本次實驗采用的方法為正交實驗法，最終得到了優(yōu)質(zhì)無硫膨脹石墨，膨脹容積是260mL/g。

(2)對于分解偶氮染料污染物的超聲結(jié)合降解方法有了基本的了解，并得到了初步總結(jié)的方法：超聲協(xié)同膨脹石墨及類芬頓試劑降解法。

(3)本次實驗使用超聲協(xié)同膨脹石墨及類芬頓試劑降解法，實驗溶液為酸性黑210，酸性嫩黃，弱酸性蘭。本次實驗得到了最佳的降解條件，并且通過計算獲得了此條件下的最佳降解率。