李金蓮，張紅梅，孫蘭蘭，陳彥廣

(1.東北石油大學 化學化工學院，黑龍江 大慶 163318；2.中國石油天然氣第七建設(shè)公司，山東 青島 266061)

印染廢水具有水量大、有機污染物含量高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大、有毒等特點，屬難處理的工業(yè)廢水[1-2]。偶氮染料是染料工業(yè)所用合成有機染料中最主要的一種，約占當今所用染料一半，在染料廢水中含量極大。到目前為止，染料廢水的脫色問題一直沒有得到較為有效的處理。高鐵酸鹽具有氧化、吸附和絮凝的多種功能，是一種新型的綠色環(huán)保水處理劑[3-5]。近年來，高鐵酸鹽在染料廢水處理中被廣泛的應(yīng)用。吳志敏等[6]在常溫下采用高鐵酸鉀(K2FeO4)降解50 mg/L酸性紅B，高鐵酸鉀用量70 mg/L，pH=6～10條件下，色度去除率可達100%。高鐵酸鉀具有明顯的脫色效果，但應(yīng)用于偶氮染料鉻黑T和鉻藍黑R廢水的處理報道較少。因此，作者采用高鐵酸鉀氧化處理鉻黑T和鉻藍黑R模擬染料廢水，考察高鐵酸鉀用量、溫度和染料濃度對脫色效果的影響。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

鉻黑T：分析純,天津市化學試劑一廠；鉻藍黑R：分析純，北京化工廠；高鐵酸鉀：質(zhì)量分數(shù)98%，自制。

722光柵分光光度計：山東高密分析儀器廠；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鞏義市予華儀器有限責任公司；AL104電子天平：梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 分析方法

染料濃度在最大吸收波長下進行測定(鉻藍黑R和鉻黑T的最大吸收波長分別為520 nm和540 nm)，對質(zhì)量濃度作標準工作曲線，待測溶液用內(nèi)插法確定質(zhì)量濃度，由質(zhì)量濃度變化計算染料的脫色率。染料脫色率由式(1)計算。

(1)

式中，x-脫色率；ρ0，ρt-反應(yīng)前后染料的質(zhì)量濃度。

1.3 高鐵酸鉀氧化實驗

取一定量的染料，用蒸餾水配制成模擬染料廢水。取100 mL模擬染料廢水置于500 mL燒杯中，將燒杯置于放有溫控探頭的水浴容器中，恒定溫度下加入高鐵酸鉀進行氧化降解。反應(yīng)過程中每隔一定時間取樣分析染料的吸光度，并計算其殘余質(zhì)量濃度，以此計算染料的脫色率。

2 結(jié)果與討論

2.1 高鐵酸鉀用量的影響

以100 mg/L鉻黑T和鉻藍黑R廢水為反應(yīng)液，恒溫20 ℃，考察高鐵酸鉀用量對鉻黑T和鉻藍黑R脫色率的影響，見圖1和圖2。

由圖1和圖2可以看出，反應(yīng)20 min后脫色率變化趨于穩(wěn)定。這是因為高鐵酸鉀具有強氧化性，短時間就可迅速氧化，達到較好脫色效果。隨著高鐵酸鉀投加量的增加，鉻黑T和鉻藍黑R的脫色率先增大后減小。

t/min圖1 高鐵酸鉀用量對鉻黑T脫色率的影響

t/min圖2 高鐵酸鉀用量對鉻藍黑R脫色率的影響

這是因為高鐵酸鉀的氧化性與其投加量有關(guān)，在一定范圍內(nèi)高鐵酸鉀投加量增加，氧化性增大，脫色率增大；當高鐵酸鉀投加量過高時，高鐵酸鉀在溶液中的濃度增加，穩(wěn)定性下降；另外高鐵酸鉀投加量增加溶液顯堿性，高鐵酸鉀的氧化電位下降，均導致高鐵酸鉀氧化性降低，所以脫色率不再增大。實驗結(jié)果表明高鐵酸鉀降解鉻黑T的最佳投加量為150 mg/L，脫色率為87.2%；采用高鐵酸鉀降解鉻藍黑R，最佳投加量200 mg/L，脫色率為92.4%。

2.2 反應(yīng)溫度的影響

以100 mg/L鉻黑T和鉻藍黑R廢水為反應(yīng)溶液，高鐵酸鉀用量分別為150 mg/L和200 mg/L，考察反應(yīng)溫度對脫色率的影響，見圖3和圖4。

由圖3和圖4可以看出，提高反應(yīng)溫度，脫色率穩(wěn)定增加。這是因為提高反應(yīng)溫度，分子活性增強，所以相同高鐵酸鉀投加量，脫色率隨溫度增加而增大。但是溫度過高，高鐵酸鉀因熱穩(wěn)定性下降而發(fā)生分解[7]，氧化性下降，脫色率減小。提高反應(yīng)溫度，一方面分子熱運動加快，分子碰撞頻率增高，活化分子數(shù)增多，參與反應(yīng)的有效分子數(shù)增多，所以適當?shù)奶岣叻磻?yīng)溫度，脫色率增大。當溫度過高，高鐵酸鉀因穩(wěn)定性下降而發(fā)生分解，氧化能力反而降低。實驗結(jié)果表明鉻黑T和鉻藍黑R最佳反應(yīng)溫度均為20 ℃。

t/min圖3 反應(yīng)溫度對鉻黑T脫色率的影響

t/min圖4 反應(yīng)溫度對鉻藍黑R脫色率的影響

2.3 染料質(zhì)量濃度的影響

通過高鐵酸鉀降解100 mg/L鉻黑T的最佳投加量(150 mg/L)確定m(高鐵酸鉀)∶m(與鉻黑T)=1.5∶1，恒溫20 ℃，考察鉻黑T濃度(20～100 mg/L)變化對脫色率的影響，見圖5。

t/min圖5 染料濃度對鉻黑T脫色率的影響

通過高鐵酸鉀降解100 mg/L鉻藍黑R的最佳投加量(200 mg/L)確定m(高鐵酸鉀)∶m(鉻藍黑R)=2∶1，恒溫20 ℃，考察鉻藍黑R質(zhì)量濃度(20～100 mg/L)變化對脫色率的影響，見圖6。

t/min圖6 染料濃度對鉻藍黑R脫色率的影響

由圖5和圖6可以看出，當高鐵酸鉀與染料質(zhì)量比一定的條件下，染料質(zhì)量濃度對鉻黑T和鉻藍黑R脫色率影響較小，均可達到87%以上。這是因為高鐵酸鉀在反應(yīng)過程中Fe(VI)能被還原為Fe(V)和Fe(IV)，而Fe(V)和Fe(IV)的氧化能力更強，其與污染物質(zhì)的反應(yīng)速率比Fe(VI)快3～5個數(shù)量級[8]，其較強的氧化性能較容易地使鉻黑T和鉻藍黑R的發(fā)色基團發(fā)生斷裂而達到脫色的目的。

3 結(jié) 論

(1) 高鐵酸鉀降解100 mg/L鉻黑T和鉻藍黑R時，氧化劑最佳用量分別為150 mg/L和200 mg/L；最佳降解溫度均為20 ℃。

(2) 當染料質(zhì)量濃度低于100 mg/L時，改變?nèi)玖蠞舛龋玖厦撋示蛇_到87%以上。

[ 參 考 文 獻 ]

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