李江，張翠紅,陳志敏（太原工業(yè)學(xué)院化學(xué)與化工系，山西太原030008）

印染企業(yè)排放大量難處理廢水，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染[1]。目前微波技術(shù)由于快速高效、設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為處理污染物的研究熱點(diǎn)之一[2]。在微波場(chǎng)中,活性炭能有效地吸收微波能量,使得活性炭表面產(chǎn)生一些“熱點(diǎn)”,這些“熱點(diǎn)”的能量比其他部分高得多,當(dāng)廢水中的有機(jī)物被吸附到這些熱點(diǎn)附近時(shí)就可能被催化氧化而降解[3]，微波聯(lián)合活性炭處理廢水的方法已經(jīng)成為一種廢水處理的新型方法，國(guó)內(nèi)有很多作者開展了這方面的研究，如王國(guó)媛等[4]研究了微波誘導(dǎo)活性炭催化處理酸性靛藍(lán)廢水；王金成等[5]利用微波輻射處理活性艷藍(lán)KN-R染料溶液；董磊等[6]利用微波協(xié)同活性炭法處理蒽醌類偶氮染料廢水；彭麗[7]研究了微波活性炭法處理酸性紅88廢水及其機(jī)理。而對(duì)于微波處理羅丹明B廢水的研究未見報(bào)道。本文以羅丹明B為模擬廢水，探討了微波活性炭共同作用下的降解效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

WBFY-205微波化學(xué)反應(yīng)器（天津科諾儀器設(shè)備有限公司）；722s分光光度計(jì)（上海棱光技術(shù)有限公司）；85-2恒溫磁力攪拌器（常州國(guó)華電器有限公司）；FA2104分析天平（上海舜字恒平科學(xué)儀器有限公司）；LD24-0.8離心機(jī)（北京醫(yī)用離心機(jī)廠）。

羅丹明B（生物染色劑，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所），柱狀活性炭（新華牌）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）活性炭預(yù)處理：將柱狀活性炭置于去離子水中浸泡煮沸2 h，過(guò)濾去除可溶性雜質(zhì)，置于烘箱中120℃烘5 h，烘干后密封干燥保存。

（2）于250 mL圓底燒瓶中加入100 mL一定濃度的羅丹明B溶液和一定量的活性炭，置于微波反應(yīng)器中，接回流裝置，選擇一定的功率和時(shí)間使之反應(yīng)，定時(shí)移取少量溶液冷卻至室溫，離心分離出清液，測(cè)定清液的吸光度值，按下式計(jì)算羅丹明B溶液的脫色率：

式中：A0-處理前溶液吸光度；A-處理后溶液吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 三種不同工藝下羅丹明B脫色的對(duì)比研究

分別取100 mL 10 mg/L羅丹明B水樣三份置于圓底燒瓶中，第一份直接置于功率為80%檔的微波爐中，微波輻射10 min，第二份加入1 g活性炭，加熱煮沸10 min，第三份加入1 g活性炭，80%檔微波輻射10 min。三種工藝處理結(jié)果見表1。

表1 不同工藝下羅丹明B的脫色率

由表1可以看出，單獨(dú)微波幾乎沒(méi)有效果，單獨(dú)活性炭效果不明顯，微波協(xié)同活性炭處理效果明顯高于單獨(dú)微波和單獨(dú)活性炭處理，說(shuō)明微波和活性炭具有協(xié)同作用。在微波場(chǎng)中，活性炭能有效吸收微波能量,使得活性炭表面產(chǎn)生一些“熱點(diǎn)”,這些“熱點(diǎn)”的能量比其他部分高得多,溫度高達(dá)1000℃以上,當(dāng)廢水中的有機(jī)物被吸附到這些熱點(diǎn)附近，就可能被催化氧化而降解，脫色率大大提高。

2.2 活性炭用量對(duì)脫色率的影響

取10 mg/L的羅丹明B溶液100 mL，微波功率80%檔，輻射時(shí)間為20 min，加入活性炭用量（g）依次為：0.5、1.0、1.5、2.0、3.0 時(shí)，脫色率與活性炭用量的關(guān)系見圖1。

圖1 活性炭用量與脫色率關(guān)系

由圖1可以看出，染料的脫色率隨活性炭用量的增加而增大。當(dāng)活性炭用量為1.5 g時(shí)，羅丹明B溶液的脫色率高達(dá)98%以上，繼續(xù)增加活性炭用量，脫色率基本不變。因?yàn)槿玖蠞舛润w積確定，染料分子的數(shù)量是一定的，染料分子開始隨著活性炭的增加吸附量增加，活性炭用量到達(dá)一定程度，使染料在其表面吸附達(dá)到飽和，此時(shí)脫色反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，脫色率也達(dá)到一定值。

2.3 微波輻照時(shí)間對(duì)脫色率的影響

100 mL 10 mg/L羅丹明B溶液中，加入1.5 g活性炭，微波功率 80%檔，輻射時(shí)間（min）依次為：5、10、15、20、25、30時(shí)，脫色率與微波輻射時(shí)間的關(guān)系見圖2。

圖2 輻射時(shí)間與脫色率關(guān)系

由圖2可以看出，微波輻照時(shí)間越長(zhǎng)，羅丹明B與活性炭表面的“熱點(diǎn)”接觸的幾率越多，羅丹明B脫色效果因此也越好，當(dāng)輻射時(shí)間達(dá)到20 min時(shí)，脫色反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，脫色率基本穩(wěn)定，達(dá)到98.5%。

2.4 羅丹明B初始濃度對(duì)脫色率的影響

100 mL羅丹明B溶液中加入1.5 g活性炭，微波功率80%檔，輻射時(shí)間20 min，羅丹明B濃度（mg/L）依次為：5、10、15、20時(shí)，脫色率與羅丹明B初始濃度的關(guān)系如圖3所示。

圖3 羅丹明B初始濃度與脫色率關(guān)系

圖3顯示隨著羅丹明B初始濃度的增加，脫色率逐漸減小，10 mg/L的羅丹明B溶液脫色率可達(dá)到98.5%，25 mg/L脫色率僅為67%左右，這可能是因?yàn)殡S著濃度的增加吸附速率小于反應(yīng)速率所引起的，即單位時(shí)間內(nèi)，活性炭吸附到表面的羅丹明B量小于催化降解的量，活性炭表面不能形成足夠的“熱點(diǎn)”，從而導(dǎo)致活性炭吸附趨于飽和。

2.5 微波功率對(duì)脫色率的影響

100 mL，10 mg/L羅丹明B溶液中加入活性炭1.5 g，輻射時(shí)間為 20 min，微波功率（%）依次為：10、30、50、80、100檔時(shí)，脫色率與微波功率的關(guān)系如圖4。

圖4 微波功率與脫色率關(guān)系

由圖4可知,微波功率越高，染料去除效果越好。原因可能是由于隨著微波功率的提高，活性炭表面“熱點(diǎn)”吸收的能量變多，同時(shí)可能在一定功率范圍內(nèi)，隨著功率升高,“熱點(diǎn)”的數(shù)量也有增加，因而去除率隨之提高。當(dāng)微波功率為80%檔時(shí)，羅丹明B的脫色率達(dá)到98.5%，微波功率大于80%檔時(shí),其脫色率升高不明顯。

3 結(jié)論

（1）微波與活性炭聯(lián)合處理染料廢水較單一使用微波或活性炭效果明顯，二者具有協(xié)同效應(yīng)。

（2）對(duì)于100 mL、濃度10 mg/L的羅丹明B溶液，微波輻照處理時(shí)間20 min，微波功率80%檔，活性炭用量1.5 g，脫色率可達(dá)98.5%。