丁營(yíng)軍，高 航，梅玉雯，3，馬 威，李松田

(1.平頂山市先科咨詢服務(wù)有限公司，河南平頂山 467000;2.平頂山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南平頂山 467000;3.河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，河南鄭州 450001)

染料廢水是目前幾種難治理的行業(yè)性廢水之一，約占工業(yè)廢水總排放量的1/10，隨著染料和印染工業(yè)的發(fā)展，其污水排量和對(duì)水體的污染程度正在加劇。傳統(tǒng)水處理工藝中采用的吸附、絮凝和生物氧化法對(duì)染料廢水的處理往往不能達(dá)到滿意的去除效果。近年來(lái)，基于羥基自由基的高級(jí)氧化技術(shù)日益引起人們的重視，特別是對(duì)染料脫色處理的研究非常活躍［1－2］。Fenton氧化法是均相光催化的主要手段，因其操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)快速和氧化徹底等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。如果輔以其它手段，如紫外光、過(guò)氧化氫、活化劑等，則會(huì)進(jìn)一步提高處理效率［3－4］。本研究以亞甲基藍(lán)為底物，采用UV－Fenton體系進(jìn)行染料的催化氧化處理，以發(fā)揮紫外光和Fe2+對(duì)H2O2催化分解的協(xié)同效應(yīng)。考察Fe2+濃度、H2O2的投加量、pH值、反應(yīng)時(shí)間等對(duì)色度影響。同時(shí)進(jìn)行UV/Fenton與UV/H2O2處理方法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以選擇更佳的處理方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

30%過(guò)氧化氫(H2O2)，硫酸亞鐵，亞甲基藍(lán)，HCl，NaOH，以上試劑均為分析純;實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2 主要儀器

722Ⅱ型光柵分光光度計(jì)，pHSJ－4A型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)，GHX－2光化學(xué)反應(yīng)儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)和分析方法

準(zhǔn)確稱量亞甲基藍(lán)固體0.400 0 g定容到1 L，經(jīng)過(guò)稀釋后濃度為20 mg/L，pH值為5.67。

取亞甲基藍(lán)溶液置于反應(yīng)瓶中，調(diào)節(jié)pH值至設(shè)定值，加入一定量的FeSO4·7H2O溶液，待其充分混合溶解后迅速加入設(shè)定量的雙氧水，置于紫外光燈下照射并開始計(jì)時(shí)，一定時(shí)間后取水樣進(jìn)行水質(zhì)測(cè)定。

色度采用分光光度計(jì)測(cè)定，脫色率計(jì)算公式為η=(A0－A)/A0×100%。其中:η為脫色率，A0為反應(yīng)前的吸光度值，A為反應(yīng)后的吸光度值。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值的影響

基本實(shí)驗(yàn)條件為30%H2O22 mL、Fe2+濃度3.2 mg/L、光強(qiáng)度為300 W，在其他條件不變情況下，調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液 pH 值分別為2、3、4、5、6和7，研究 pH值對(duì)亞甲基藍(lán)催化降解的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 pH值對(duì)脫色率的影響

從圖1可以看出，體系的pH值在3～4時(shí)具有較高的降解效率，20 min時(shí)，亞甲基藍(lán)脫色率達(dá)到97.3%。在UV/Fenton光催化氧化體系中，F(xiàn)enton試劑是在酸性條件下發(fā)生作用的，因?yàn)镕e2+在溶液中的存在形式受溶液pH值的影響，在中性和堿性的環(huán)境中，F(xiàn)e2+不能催化H2O2產(chǎn)生·OH，同時(shí)酸度過(guò)高也增加了氧化劑H2O2自身的分解，因此亞甲基藍(lán)脫色率較低。根據(jù)試驗(yàn)選取最佳pH值在3～4之間。

2.2 H2O2加入量的影響

在 pH 值3.8，F(xiàn)e2+的濃度為 3.2 mg/L，反應(yīng)時(shí)間為20 min條件下，考察H2O2的加入量對(duì)亞甲基藍(lán)脫色率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 H2O2加入量對(duì)脫色率的影響

從圖2可以看出，隨著H2O2加入量的逐漸增加，亞甲基藍(lán)脫色率也逐漸提高;H2O2的加入量為2 mL時(shí)，亞甲基藍(lán)脫色率最大，此后，隨著H2O2加入量的繼續(xù)增加，亞甲基藍(lán)脫色率不再持續(xù)增大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)選取最佳H2O2的加入量為2 mL。

2.3 Fe2+濃度的影響

在pH值為3.8，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O2加入量為2 mL的條件下，考察Fe2+的加入量對(duì)脫色率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 Fe2+對(duì)脫色率的影響

由圖3可見，F(xiàn)e2+濃度低不利于H2O2分解產(chǎn)生羥基自由基，溶液的脫色率低。但Fe2+濃度過(guò)高時(shí)，對(duì)過(guò)氧化氫的消耗過(guò)多，大量羥基自由基的生成，使得部分·OH未與有機(jī)物反應(yīng)便與Fe2+發(fā)生反應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)中FeSO4·7H2O的最佳投加量為1.5 mL，即體系中Fe2+濃度為48 mg/L。

2.4 不同體系處理效果的比較

分別采用UV/H2O2、UV/Fenton兩種體系處理20 mg/L亞甲基藍(lán)，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，UV/H2O2體系處理亞甲基藍(lán)溶液，處理30 min后溶液的脫色率僅為68.4%;采用UV/Fenton體系處理，20 min后溶液的脫色率為98.2%。說(shuō)明紫外光和Fenton試劑對(duì)亞甲基藍(lán)的氧化分解具有協(xié)同作用。這主要是由于Fenton體系中引入紫外光后，紫外光會(huì)直接輻射H2O2產(chǎn)生新的·OH，且可以防止 Fe2+消耗·OH氧化為Fe3+。紫外光對(duì)Fenton試劑的氧化性起到了協(xié)同和促進(jìn)作用。

圖4 兩種體系脫色效果的比較

3 結(jié)論

紫外光和Fe2+對(duì)H2O2分解生成羥基自由基具有催化作用，可提高體系的氧化能力。UV/Fenton試劑法對(duì)亞甲基藍(lán)溶液具有很好的脫色效果。本實(shí)驗(yàn)確定的最佳條件為:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O2的投加量為2 mL，F(xiàn)e2+濃度為48 mg/L，pH值為3～4，反應(yīng)時(shí)間20 min。UV/Fenton試劑法具有去除率高、操作方便、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種可行的廢水處理方法。

［1］鄭懷禮，相欣奕.光助Fenton氧化反應(yīng)降解染料羅丹明 B［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2004，24(6):726－729.

［2］陳海峰，竹湘鋒，徐新華.活性紅印染廢水的光助Fenton氧化—生化組合處理［J］.環(huán)境污染與防治，2004，26(2):110－112.

［3］高 航，馬 威，薛景嬌，等.UV/Fenton/檸檬酸體系光催化氧化孔雀石綠研究［J］.化學(xué)世界，2010，51(10):580－582.

［4］馬 威，李松田，高 梅.UV/Fenton/雜多酸體系光催化氧化結(jié)晶紫［J］.平頂山學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，24(2):91－94.