周凌云,黃國龍

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

無機(jī)陰離子對CuO-H2O2氧化活性艷紅X-3B廢水的影響

周凌云,黃國龍

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

以活性艷紅X-3B為模擬底物,研究了廢水中存在的不同種類的無機(jī)陰離子對CuO-H2O2體系氧化降解艷紅廢水的影響效果及機(jī)制.結(jié)果表明：CuO-H2O2體系能高效徹底氧化活性艷紅X-3B,30 min反應(yīng)時間內(nèi)活性艷紅X-3B氧化降解率可高達(dá)99%；不同種類的無機(jī)陰離子對氧化降解效果有不同影響,HCO3-的存在較大促進(jìn)了活性艷紅X-3B的氧化降解,HPO42-的存在則明顯抑制了CuO-H2O2體系對活性艷紅X-3B的氧化效果, NO3-、Cl-、SO42-的存在對活性艷紅X-3B的氧化影響不大.

無機(jī)陰離子；CuO-H2O2；活性艷紅X-3B

非均相催化氧化技術(shù)由于其能夠有效降解有毒、難降解的有機(jī)污染物,催化劑易分離且可循環(huán)使用,與Fenton體系氧化劑利用率低、含F(xiàn)e2+試劑的加入會引入色度、催化劑很難重復(fù)利用等缺點(diǎn)相比[1],這些優(yōu)點(diǎn)使非均相催化氧化技術(shù)成為一種處理有機(jī)廢水的頗有競爭力的方法.目前所使用的非均相催化劑大多使用MnO2、TiO2、Fe2O3、NiO和CuO等過渡金屬氧化物[2].其中的CuO固相催化劑可以激發(fā)H2O2產(chǎn)生·OH而有效降解有機(jī)污染物[3].但已報道的催化劑多在高溫高壓或光輔助催化等條件下才可有效降解有機(jī)污染物[4].作者選用活性艷紅X-3B為目標(biāo)物,考察CuO在溫和條件下通過激發(fā)H2O2產(chǎn)生·OH降解染料廢水的能力,發(fā)現(xiàn)CuO-H2O2能高效氧化活性染料X-3B.然而,在印染廢水中,除含有大量有機(jī)污染物外,還常含有一定濃度的無機(jī)陰離子.已有研究結(jié)果表明,共存無機(jī)陰離子對H2O2分解和有機(jī)物降解影響較大[5-6].因此,有必要對水中無機(jī)陰離子的存在對CuO-H2O2體系降解有機(jī)污染物的影響開展進(jìn)一步研究.本試驗(yàn)對比研究了5種常見無機(jī)陰離子HPO42-、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-存在的情況下, CuO-H2O2體系對活性染料氧化的影響及機(jī)理,以期為該類非均相催化氧化技術(shù)在廢水處理方面得到更好的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù).

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器與化學(xué)試劑

TU-1901紫外可見分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）、pH計(jì)（上海雷磁儀器廠）、恒溫水浴鍋.CuO、30%H2O2、NaHCO3、NaCl、Na2HPO4、Na2SO4、NaNO3等,均為分析純.活性艷紅X-3B為市售工業(yè)用商品染料.

1.2 試驗(yàn)方法

所有實(shí)驗(yàn)在正常實(shí)驗(yàn)室燈光下進(jìn)行.配制活性艷紅X-3B模擬廢水（c=100 mg/L）200 mL于250 mL錐形瓶中,加0.4 g CuO及陰離子試劑后,用HCl或NaOH調(diào)pH至5.0±0.05,放入70℃恒溫水浴鍋內(nèi),迅速加入4 mL 30%的H2O2,攪拌計(jì)時.隔時取樣,取出2.5 mL樣品,用2.5 mL水終止反應(yīng),用0.45μm濾膜過濾反應(yīng)樣品,對濾后樣品進(jìn)行分析.

1.3 分析方法

活性艷紅X-3B濃度分析采用分光光度計(jì)測定,特征波長為525 nm.

2 結(jié)果與討論

2.1 CuO-H2O2催化氧化活性艷紅X-3B

考察CuO-H2O2對活性艷紅X-3B的催化氧化機(jī)理,比較單加CuO、H2O2和CuO-H2O2的效果,結(jié)果見圖1.

圖1 CuO-H2O2催化效應(yīng)Fig.1 Catalytic effects ofCuO-H2O2

由圖1可以看出,在單獨(dú)添加CuO或H2O2的情況下,X-3B濃度降低并不明顯,降解率僅20%左右.從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中可以觀察到但應(yīng)溶液紅色不消褪,而在同時添加CuO和H2O2兩種物質(zhì)的情況下,溶液的紅色迅速消褪,15 min后溶液變?yōu)闊o色,20 min以后氧化去除率可達(dá)99%,表明CuO-H2O2共存體系是依靠CuO催化H2O2產(chǎn)生·OH來實(shí)現(xiàn)對底物X-3B的氧化.

2.2 無機(jī)陰離子的影響

2.2.1 HCO3-的影響分別加入0、10、20 mmol/L的NaHCO3,考察HCO3-對X-3B分解的影響,結(jié)果如圖2所示.

圖2 HCO3-對活性染料X-3B去除的影響Fig.2 Influences ofHCO3-on X-3B removal

由圖2可知,HCO3-對CuO-H2O2體系氧化X-3B影響顯著,分析其原因可能是HCO3-的存在促進(jìn)了H2O2的分解,加大了體系中·OH的量.當(dāng)HCO3-濃度為10 mmol/L與20 mmol/L,X-3B被氧化的速度變化不明顯. 2.2.2 Cl-的影響分別加入0、10、20 mmol/L的NaCl,考察對艷紅分解的影響,結(jié)果如圖3所示.

圖3 Cl-對活性染料X-3B去除的影響Fig.3 Influences ofCl-on X-3B removal

由圖3可知,Cl-的加入同樣對X-3B降解的影響較小,且隨其濃度變化微弱.

2.2.3 HPO42-的影響分別加入0、10、20 mmol/L的Na2HPO4,考察HPO42-對X-3B分解的影響,結(jié)果如圖4所示.

圖4 HPO42-對活性染料X-3B去除的影響Fig.4 Influences ofHPO42-on X-3B removal

由圖4可知,HPO42-能明顯降低X-3B分解速率.其原因可能是,HPO42-能明顯抑制H2O2分解[7].此外,HPO42-能夠消除·OH,也會降低體系對X-3B的氧化效果[8].HPO42-濃度為10 mmol/L X-3B分解速率較20 mmol/L的無明顯變化.

2.2.4 NO3-的影響分別加入0、10、20 mmol/L的NaNO3,考察NO3-對艷紅分解的影響,結(jié)果如表圖5所示.

圖5 NO3-對活性染料X-3B去除的影響Fig.5 Influences ofNO3-on X-3B removal

由圖5可知,NO3-對CuO-H2O2體系催化H2O2有較弱的促進(jìn)作用,在本試驗(yàn)濃度范圍內(nèi),陰離子濃度對其影響不大.

2.2.5 SO42-的影響分別加入0、10、20 mmol/L的Na2SO4,考察SO42-對H2O2分解的影響,結(jié)果如圖6所示.

圖6 SO42-對活性染料X-3B去除的影響Fig.6 Influences ofSO42-on X-3B removal

由圖6可知,SO42-對CuO-H2O2體系催化H2O2有較弱的促進(jìn)作用,在本試驗(yàn)濃度范圍內(nèi),與其濃度關(guān)系不大.

2.2.6 不同無機(jī)陰離子影響對比為對照不同陰離子對催化氧化體系的影響程度及機(jī)制,對照不同離子及不同加入濃度對X-3B去除的影響.分別加入0、10、20 mmol/L的Na2SO4、NaNO3、Na2HPO4、NaCl、NaHCO3、NaNO3進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖7所示.

圖7 不同陰離子對活性染料X-3B去除的影響Fig.7 Influences ofinorganic anions on X-3B removal

由圖7可知,不同陰離子對艷紅分解呈現(xiàn)如下規(guī)律：HCO3-加速X-3B分解,HPO42-抑制X-3B分解, Cl-、NO3-、SO42-對X-3B分解影響不大.

3 結(jié)論

（1）CuO是處理有機(jī)廢水的一種高效的非均相催化劑,與H2O2共存時能夠快速徹底礦化底物,無二次污染.

（2）CuO-H2O2共存體系是依靠CuO催化H2O2產(chǎn)生·OH來實(shí)現(xiàn)對底物的氧化,單獨(dú)添加CuO或H2O2的情況下均不能有效降解活性艷紅X-3B.

（3）無機(jī)陰離子通過影響氧化劑H2O2的分解而影響對底物的氧化效果,HCO3-的存在促進(jìn)了H2O2的分解而對X-3B氧化有利；HPO42-通過抑制H2O2分解實(shí)現(xiàn)對X-3B的氧化抑制；而Cl-、NO3-、SO42-的存在對X-3B的氧化影響不大.

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（責(zé)任編輯：盧奇）

Influences of inorganic anions on oxidation of reactive brilliant red X-3B by CuO-H2O2

Zhou Lingyun,Huang Guolong
（Henan Institute ofScience Technology,Xinxiang,Henan 453003）

Reactive brilliant red X-3B was selected as a model pollution substrate．The influences and mechanism of inorganic anions on its oxidation were investigated in neutral solution at low temperature and atmospheric pressure．Results showed that reactive brilliant red X-3B could be removed efficiently by CuO and H2O2with 99%removal rate in 30 min．Inorganic anions influenced the oxidation with different mechanisms．HCO3-was good at reactive brilliant red removal．HPO42-inhibited the reactive brilliant red oxidation by retarding the H2O2decomposing．NO3-、Cl-and SO42-had few influences on H2O2decomposing and reactive brilliant red removal．

inorganic anions；CuO-H2O2；reactive brilliant red X-3B

X703.1

A

1008-7516（2012）05-0101-05

10．3969/j．issn．1008-7516．2012．05．023

2012-09-06

河南科技學(xué)院大學(xué)生課外科技活動創(chuàng)新基金項(xiàng)目資助（201108036）

周凌云（1980-）,女,河南新鄉(xiāng)人,碩士,講師．主要從事環(huán)境中有機(jī)污染的降解與毒理研究．