高鐵酸鉀氧化降解活性艷藍KN-R

孫 亮, 董 學 偉, 馬 春, 董 曉 麗, 李 佳, 鈕 娜

( 1.大連工業大學 化工與材料學院, 遼寧 大連 116034;2.大連交通大學 環境與化學工程學院, 遼寧 大連 116028 )

0 引 言

高鐵酸鉀是近年來備受矚目的新型高效多功能綠色水處理劑。它具有氧化、絮凝、吸附、殺菌、除臭等多種功能,并具有價格低廉、無二次污染等優點,對毒性大、難生物降解的印染廢水處理具有較高的實際應用價值[1]。高鐵酸鉀是一種含有FeO42-離子的化合物,中心原子Fe以六價存在[2]。高鐵酸鉀在pH為1～14都有較強的氧化性[3],可以有效地氧化、降解染料工業廢水中的多種有機物質。更難能可貴的是,高鐵酸鉀中六價鐵還原后生成的Fe3+是一種絮凝劑,其水解產物Fe(OH)3具有很好的吸附作用[4]。近年來,采用高鐵酸鉀處理污染廢水已經有較多的報道[5-6],而對于較難降解的染料廢水來說,研究的較少[7-8]。本文選用蒽醌染料活性艷藍KN-R作為研究對象,采用高鐵酸鉀氧化降解活性艷藍KN-R,為這種難生物降解的染料廢水的處理提供新的途徑,為工業化的實際運用奠定理論基礎。

1 實 驗

1.1 試劑和儀器

高鐵酸鉀,西安天順精細化工廠;活性艷藍KN-R,市售;微波密封消解COD速測儀,汕頭市環海工程總公司制造;UV-VIS 8500紫外可見分光光度計。

1.2 實驗方法

在磁力攪拌的條件下投加一定量的高鐵酸鉀粉末于活性艷藍KN-R溶液中,用硫酸和氫氧化鈉溶液快速將反應液調至所需酸度,持續反應一定時間。為了終止反應,立刻用氫氧化鈉溶液將反應液pH調至6～7左右,靜置2 min,以便盡可能發揮Fe3+的絮凝作用。離心除去反應液中Fe(OH)3絮狀沉淀,對上清液進行各項分析。

1.3 分析方法

通過測定染料在其最大吸收波長處脫色前后的吸光度值A0和At,由公式t=(1-At/A0)×100%計算出脫色率。采用微波消解法測定COD去除率。

2 結果與討論

2.1 pH對活性艷藍KN-R降解的影響

取100 mL,80 mg/L的活性艷藍KN-R,依次用H2SO4和NaOH溶液調節pH分別為2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0,再分別加入0.08 g高鐵酸鉀進行反應10 min。pH對活性艷藍KN-R去除率的影響如圖1所示。由圖1可見,當pH為4.0～10.0時,染料的脫色率可達到94%以上,而COD去除率可達到65%以上,pH為4.0時,活性艷藍KN-R表現出了最佳的去除效率。當pH為2.0和12.0時,染料的脫色率和COD去除率均較低。這可能是因為:高鐵酸鉀在pH低于2.0的酸性溶液中雖然氧化性增強,但是高鐵酸鉀不穩定,易分解;而在pH高于12.0的堿性溶液中雖然高鐵酸根離子更穩定,但其氧化能力降低。最佳反應pH為4.0。

圖1 pH對活性艷藍KN-R降解的影響

2.2 反應時間對活性艷藍KN-R降解的影響

取100 mL,80 mg/L的活性艷藍KN-R,調節溶液的pH為4.0,在磁力攪拌的條件下加入0.06 g高鐵酸鉀進行反應。反應時間對活性艷藍KN-R降解的影響見圖2。隨著反應時間的增加,活性艷藍KN-R脫色率及COD去除率快速上升,0～10 min內,染料脫色率及COD去除率變化最大,10～20 min內仍有少量降解,當反應時間超過20 min后則趨于平緩。最佳的反應時間為10 min。

圖2 反應時間對活性艷藍KN-R降解效果的影響

對于100 mL,80 mg/L的活性艷藍KN-R,調節溶液的pH為4.0,在磁力攪拌的條件下加入0.06 g 高鐵酸鉀進行反應,不同時刻反應液的可見吸收光譜如圖3所示。從圖3可以看出,活性艷藍KN-R在592 nm處的特征吸收峰隨著反應時間的增加而逐漸降低直到消失,染料溶液由藍色逐漸變為無色而達到脫色的目的,說明染料分子中的共軛發色基團遭到高鐵酸鉀的破壞。

圖3 不同時刻染料溶液的可見吸收光譜圖

2.3 染料初始質量濃度對活性艷藍KN-R脫色率的影響

取100 mL的活性艷藍KN-R,改變活性艷藍KN-R的初始質量濃度,調節溶液的pH為4.0,在磁力攪拌的條件下加入0.06 g 高鐵酸鉀進行反應,得到活性艷藍KN-R脫色率與活性艷藍KN-R初始質量濃度的變化關系如圖4所示。在所研究的染料初始質量濃度范圍內,隨著染料初始質量濃度的增加,活性艷藍KN-R的脫色率降低。當活性艷藍KN-R的初始質量濃度為20 mg/L,活性艷藍KN-R脫色率最高。這可能是因為當活性艷藍KN-R質量濃度增加時,單位體積內的活性艷藍KN-R分子數增加,但相同條件下高鐵酸根離子的分子數不變,這部分高鐵酸根分子的數量不足以使增加的活性艷藍KN-R分子按照較低質量濃度的脫色率降解,因此活性艷藍KN-R質量濃度增加時,其脫色率反而降低。

圖4 染料初始質量濃度對活性艷藍KN-R脫色率的影響

2.4 高鐵酸鉀投加量對活性艷藍KN-R降解的影響

取100 mL,20 mg/L的活性艷藍KN-R,調節溶液的pH為4.0,分別投加0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12 g高鐵酸鉀,反應10 min。高鐵酸鉀投加量對活性艷藍KN-R降解的影響如圖5所示。當活性艷藍KN-R質量濃度一定時,隨高鐵酸鉀投加量的增加,溶液中可氧化活性艷藍KN-R分子的高鐵酸鉀數量增加,從而導致活性艷藍KN-R去除率升高。當高鐵酸鉀投加量為1.0 g/L時,活性艷藍KN-R脫色率和COD去除率達到最高,脫色率和COD去除率分別為99.5%和76.8%。當高鐵酸鉀投加量高于1.0 g/L時,脫色率和COD去除率沒有增加反而有所降低。因此,高鐵酸鉀最佳投加量為1.0 g/L。

圖5 高鐵酸鉀投加量對活性艷藍KN-R降解效果的影響

3 結 論

(1)高鐵酸鉀在pH為4～10的范圍內可以很好地降解活性艷藍KN-R。

(2)高鐵酸鉀降解活性艷藍KN-R的最佳反應條件為:pH 4.0,初始質量濃度為20 mg/L,高鐵酸鉀投加量為1.0 g/L,反應時間為10 min。在最佳條件下,活性艷藍KN-R完全脫色,脫色率和COD去除率分別為99.5%和76.8%。

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