均相Co（II）/過一硫酸氫鹽體系中染料羅丹明B的降解

摘 要：研究采用均相Co（II）/PMS（過一硫酸氫鹽）系統(tǒng)從水溶液中催化氧化去除生物難降解有機物羅丹明B（RhB）；考察了催化劑投加量、氧化劑投加量、反應物初始濃度、溫度等因素對降解RhB的影響。

關鍵詞：鈷離子；PMS；羅丹明B；高級氧化法

羅丹明B（RhB）是一種在工業(yè)上應用非常廣泛的有機染料，呈酸性，如果處理不好，對環(huán)境的破壞力極強。因此對含有羅丹明B廢水的降解處理十分重要。目前對RhB的主要去除方法有吸附法、光催化氧化法、Fenton法、超聲降解法、臭氧氧化法、電化學氧化法等[1-4]。

文章主要研究的是采用均相Co（II）/PMS系統(tǒng)從水溶液中催化氧化去除生物難降解有機物羅丹明B（RhB），考察了催化劑投加量、氧化劑投加量、反應物初始濃度、溫度等因素對降解RhB的影響。

1 試驗

文章主要研究了三個影響因素：CO2+投加濃度，PMS投加量（PMS與RhB的摩爾比），RhB的初始濃度。每個因素都有四個水平（表1）。正交實驗是分析這三個影響因素的影響程度和選擇實驗運行的一個最佳條件，總共有16組混合實驗。

鈷的標準貯備溶液制備過程：稱取1.0000g金屬鈷（w>99.9%），將其置于250ml燒杯中，加30ml硝酸溶液，加熱溶液，冷卻后移入1000ml容量瓶中，用純水定容。

表1 正交實驗因素與水平表

2 結果與討論

2.1 催化劑CO2+投加濃度的影響

圖1為催化劑CO2+投加濃度對RhB降解效果的影響。從圖1中可以看出，當不加催化劑鈷離子時，RhB的去除率只有47%，當加入催化劑后，RhB的去除率可達到81%以上，因此鈷離子投加濃度為300μg/L是實驗的最佳選擇。

2.2 催化劑中不同陰離子的影響

圖2為隨催化劑CO2+一起帶入溶液中的不同陰離子對RhB降解效果的影響，從圖中可以看出，SO42-、Cl-、NO3-這三種陰離子帶入溶液中，RhB的降解效率和降解速率幾乎是一樣的。Y.R.Wang等人研究了SO42-、Cl-、NO3-這三種陰離子對Fe（Ⅱ）-Oxone-RhB體系的影響，結果表明，SO42-對Fe（Ⅱ）-Oxone-RhB體系有明顯的抑制作用，NO3-無影響，Cl-起到促進作用。

2.3 氧化劑過一硫酸氫鹽（PMS）投加量的影響

圖3為氧化劑投加量對RhB降解的影響。適當?shù)靥岣逷MS投加量，有利于RhB的降解與礦化的進行。但PMS的投加量不可過大，過多的HSO5-會與生成的SO4-反應產(chǎn)生SO5-，使氧化速率受到不利影響，而且PMS的投加量過大會造成體系中硫酸鹽含量超標，造成新的水質(zhì)污染問題。

2.4 反應物初始濃度的影響

圖4為反應物初始濃度對RhB降解效率和降解速率的影響。從圖中可以看出，隨著反應物濃度的增加，RhB的降解效率和降解速率均是減小的。RhB是酸性染料，濃度越高，pH越小，因此反應物濃度越低，pH越大，RhB的降解效率和降解速率越高。當RhB的初始濃度為30mg/L以上時，RhB的降解效率和降解速率的變化趨于平緩，這可能是因為此時溶液的pH隨反應物濃度的增加變化較小，同時因為反應物濃度的增大之后，溶液中RhB分子的密度增加，從而使RhB分子與自由基的碰撞幾率增加，減小了自由基的清除速率，有利于提高RhB的氧化速度。

圖4 在CO2+作用下不同反應物濃度對RhB降解率的影響。條件：PMS/RhB摩爾比=20：1，[CO2+]0=300μg/L。

2.5 反應溫度的影響

圖5為在CO2+/PMS作用下反應溫度對RhB降解的影響，反應溫度范圍為15-36℃。從圖中可以看出，溫度越高，RhB的降解速率明顯加快，這可能是由于溫度越高，加快了分子的運動，并且RhB分子在高溫下能更容易克服活化能，從而提高了RhB的氧化速度。

3 結束語

（1）通過對正交實驗結果的分析，得出PMS投加量對羅丹明B的降解效率影響最大，CO2+投加濃度的影響次之，RhB初始濃度的影響最小，確定PMS投加量為60：1、CO2+投加濃度為400μg/L、RhB初始濃度為10mg/L為CO（II）/PMS-RhB體系運行的最佳條件。（2）RhB的降解效果：隨著CO2+投加濃度的增加、PMS與RhB的摩爾比的增加而更佳；隨著反應物濃度的增加沒有明顯變化，但是降解速率隨著反應物濃度的增加而減慢；隨著反應溫度的增加而沒有明顯變化，但降解速率隨著反應溫度的增加而增加。

參考文獻

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[2]程蘇納，等.通過與電子接受劑在微波輻照下的Bi2WO6光催化降解羅丹明B的研究[J].危險材料雜志，2009（162）：1477-1486.

[3]維克多，等.在Pb3Nb4O13對羅丹明B的光催化降解機理的pH控制[J].環(huán)境化學，2011（C115）：8014-8023.

[4]梅芳侯，等.降解羅丹明B的Fe基和過氧化Fenton過程[J].化學雜志，2011（83）：1279-1283.

作者簡介：程健（1985-），女，研究方向：水污染控制。