超聲輔助Fe3O4活化過一硫酸鹽降解酸性紅B

劉麗艷，孫至柔，葉文博，譚蔚

（天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300354）

超聲輔助Fe3O4活化過一硫酸鹽降解酸性紅B

劉麗艷，孫至柔，葉文博，譚蔚

（天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300354）

含偶氮型染料廢水色度高、降解困難，對(duì)環(huán)境危害大，采用傳統(tǒng)水處理方法難以達(dá)到嚴(yán)格的工業(yè)廢水排放要求。本文選取典型偶氮染料酸性紅B為研究對(duì)象，采用超聲輔助Fe3O4活化過一硫酸鹽的高級(jí)氧化方法進(jìn)行處理。以酸性紅B染料廢水的色度去除率為指標(biāo)，研究Fe3O4投加量、PMS投加量、超聲功率、超聲頻率、初始染料濃度、溶液初始pH等參考對(duì)降解效果的影響規(guī)律及該法的適用范圍。實(shí)驗(yàn)獲得最優(yōu)的酸性紅B處理?xiàng)l件為Fe3O41.0g/L，PMS 60mmol/L，超聲頻率50kHz，超聲功率80W。結(jié)果表明，該法可在pH為3.5～8.5范圍中適用，能處理初始濃度1g/L酸性紅B溶液。實(shí)驗(yàn)還研究了催化劑循環(huán)利用性能，發(fā)現(xiàn)重復(fù)3次的時(shí)候色度去除率仍然可以保持在95%以上。該研究結(jié)果可為偶氮型染料工業(yè)廢水的處理提供技術(shù)指導(dǎo)。

過一硫酸鹽；四氧化三鐵；超聲；酸性紅B；高級(jí)氧化法

隨著染料制備工業(yè)的發(fā)展，全世界每年隨工業(yè)廢水排放到環(huán)境中的染料約6萬噸，染料廢水由于其來源復(fù)雜、對(duì)環(huán)境及人體健康危害大，已經(jīng)成為污染環(huán)境最嚴(yán)重的廢水之一［1］。其中，偶氮染料占常用染料的70%以上，其色度高、COD值高、可生化性差，使用傳統(tǒng)方法難以將其徹底降解［2］。

基于自由基反應(yīng)的高級(jí)氧化技術(shù)因其反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)速率快逐漸成為研究熱點(diǎn)［3-4］。由于傳統(tǒng)Fenton試劑產(chǎn)生羥基自由基·OH的高級(jí)氧化技術(shù)在其使用過程中，對(duì)廢水酸堿度要求較高、操作復(fù)雜、催化劑再生性差且產(chǎn)生二次污染等原因影響了其應(yīng)用［5］。研究者進(jìn)而轉(zhuǎn)向研究非均相的Fenton氧化體系替代傳統(tǒng)試劑，以鐵氧化物代替Fe2+，不僅可以高效降解有機(jī)物，而且可以改善二次污染問題。Fe3O4廣泛存在于自然界中，其具有順磁性，極大簡化了催化劑的分離回收步驟［6］。另外，在傳統(tǒng)Fenton試劑中，氧化劑H2O2用量高，利用率低，常溫下易分解，運(yùn)輸成本高且經(jīng)濟(jì)性差。近年來，基于硫酸根自由基SO4－·的高級(jí)氧化技術(shù)發(fā)展迅猛［7-8］，其來源主要有過二硫酸鹽（S2O82-，PS）和過一硫酸鹽（HSO5-，PMS），其中過一硫酸鹽主要以2KHSO5·KHSO4·K2SO4三鹽化合物的形式存在，商品名稱為Oxone。可通過過渡金屬離子催化活化［9］、高溫?zé)峤猓?0］或UV輻射［11］等方法產(chǎn)生SO4－·。在非均相體系中，常常引入超聲作用來強(qiáng)化固液兩相間的傳質(zhì)，從而提高反應(yīng)速率和有機(jī)物的降解率。超聲空化產(chǎn)生的瞬時(shí)局部高溫高壓可活化PMS產(chǎn)生SO4

－·，并且超聲具有不受水質(zhì)影響、不產(chǎn)生二次污染和能耗低等特點(diǎn)［12］。HOU等［13］成功將超聲輔助Fe3O4活化過硫酸鹽的方法用于降解四環(huán)素廢水中。本文擬采用超聲耦合Fe3O4活化過一硫酸鹽方法處理染料酸性紅B，探究Fe3O4及過一硫酸鹽的投加量、超聲頻率及功率、初始染料濃度、溶液初始pH等對(duì)色度去除率的影響，為高級(jí)氧化技術(shù)在處理染料廢水的工程應(yīng)用提供參考。

1　實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

（1）實(shí)驗(yàn)試劑 酸性紅B（分子式如圖1所示），分析純≥98%，上海薩恩化學(xué)技術(shù)有限公司；四氧化三鐵，天津市江天化工技術(shù)有限公司；過一硫酸氫鉀復(fù)合鹽（Oxone，有效成分peroxymonosulfate，PMS），有效成分＞42.8%，天津易創(chuàng)成醫(yī)藥技術(shù)有限公司；無水甲醇，分析純≥99.5%，天津市江天化工技術(shù)有限公司。

圖1　酸性紅B結(jié)構(gòu)式

（2）實(shí)驗(yàn)儀器 雙頻數(shù)控超聲波清洗器KQ-100VDE，昆山市超聲儀器有限公司；雙頻數(shù)控超聲波清洗器KQ-100VDB，昆山市超聲儀器有限公司；精密增力電動(dòng)攪拌器JJ-1，金壇市城東新瑞儀器廠；紫外-可見分光光度計(jì)UV1000，上海天美科學(xué)儀器公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

將一定量的Fe3O4粉末倒入200mL染料溶液中，用電動(dòng)攪拌器以180r/min的轉(zhuǎn)速攪拌20min，使溶液達(dá)吸附平衡；調(diào)節(jié)超聲頻率、功率至設(shè)定值，將錐形瓶置于超聲槽中，加入一定量的PMS，開啟超聲電源并開始計(jì)時(shí)；每隔10min取樣，加入無水甲醇淬滅自由基終止反應(yīng)；用紫外分光光度計(jì)測(cè)定樣品吸光度，進(jìn)而得到相應(yīng)的染料濃度；控制清洗槽內(nèi)溫度（25±2）℃。每次取3個(gè)樣品測(cè)試，取平均值。

1.3測(cè)試方法

采用紫外-可見分光光度計(jì)對(duì)樣品進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)酸性紅B在515nm處有最大吸收峰值。在515nm的最大吸收波長下測(cè)定不同濃度的酸性紅B溶液的吸光度A，得到表征酸性紅B溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線。本文使用酸性紅B的色度去除率DR作為實(shí)驗(yàn)的分析指標(biāo)，見式（1）。

式中，c0為酸性紅B初始濃度；ct為取樣測(cè)定時(shí)酸性紅B濃度。

2　結(jié)果與討論

2.1PMS投加量對(duì)色度去除率的影響

設(shè)定酸性紅B溶液濃度100mg/L，調(diào)節(jié)溶液初始pH為8.3，超聲頻率50kHz，超聲功率80W，四氧化三鐵投加量為1.0g/L，PMS投加量分別為10mmol/L、20mmol/L、40mmol/L、80mmol/L和100mmol/L。按照前述降解實(shí)驗(yàn)獲得溶液中酸性紅B色度去除率隨時(shí)間的變化，如圖2所示。

圖2　不同PMS投加量對(duì)色度去除率影響

當(dāng)其他條件相同，PMS投加量由20mmol/L提高至60mmol/L時(shí)，酸性紅B色度去除率越來越高。這是由于，PMS的濃度越大，產(chǎn)生的SO4－·數(shù)量就越多。在PMS投加量為60mmol/L時(shí)，降解效果最好，反應(yīng)60min，降解率已經(jīng)接近100%。當(dāng)PMS的濃度超過60mmol/L時(shí)，繼續(xù)增加用量，降解效果變差。文獻(xiàn)報(bào)道硫酸根自由基之間可以相互作用生成S2O82-，淬滅生成的自由基，如反應(yīng)式（2）所示；同時(shí)過量的硫酸根自由基來不及與酸性紅B分子發(fā)生反應(yīng)，就與過一硫酸氫根離子發(fā)生反應(yīng)，式（3）為反應(yīng)方程式，生成過硫酸根自由基活性低于硫酸根自由基，使降解效率降低［14］。

此外，一定量的Fe3O4具有固定數(shù)量的表面活性位點(diǎn)，能活化一定的HSO5-。同時(shí)超聲空化也會(huì)活化過一硫酸鹽產(chǎn)生過量的硫酸根自由基，與催化劑表面的Fe2+反應(yīng)生成SO42-，進(jìn)行如式（4）反應(yīng)，不利于有機(jī)物分子降解和反應(yīng)速率的提升［15］。因此選擇PMS最優(yōu)投加量為60mmol/L。

2.2Fe3O4投加量對(duì)色度去除率的影響

設(shè)定酸性紅B溶液濃度100mg/L，調(diào)節(jié)溶液初始pH為8.3，超聲頻率50kHz，超聲功率80W，PMS投加量為60mmol/L，F(xiàn)e3O4投加量分別為0.5g/L、1.0g/L、1.5g/L和2.0g/L。按照前述降解實(shí)驗(yàn)獲得溶液中酸性紅B色度去除率隨時(shí)間的變化，如圖3所示。

圖3　不同F(xiàn)e3O4投加量對(duì)色度去除率影響

Fe3O4是多價(jià)態(tài)的混合物，組成為FeO·Fe2O3，主要成分Fe2+，其作為PMS的活化劑，活化HSO5-產(chǎn)生SO4－·，實(shí)現(xiàn)酸性紅B的降解［6］。根據(jù)圖3可以看出，隨著增大Fe3O4投加量，色度去除率有所提高，但是Fe3O4用量超過一定值時(shí)，酸性紅B的降解速率會(huì)下降。雖然Fe3O4可以快速活化PMS產(chǎn)生硫酸根自由基，但是加入大量Fe3O4時(shí)迅速產(chǎn)生的SO4－·沒有完全和目標(biāo)污染物酸性紅B發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)Fe3O4濃度增大至過量時(shí)，溶液中產(chǎn)生過量的SO4－·。一方面，過量的SO4－·會(huì)發(fā)生自身淬滅反應(yīng)消耗掉，另一方面，過量Fe3O4中的Fe2+也會(huì)與SO4－·發(fā)生反應(yīng)。這兩個(gè)副反應(yīng)阻止SO4－·與酸性紅B分子進(jìn)一步接觸，從而導(dǎo)致降解速率下降，因此選擇1.0g/L為最佳Fe3O4投加量。

超聲可以起到活化PMS的作用，設(shè)定酸性紅B溶液濃度100mg/L，調(diào)節(jié)溶液初始pH為8.3，超聲頻率50kHz，PMS投加量為60mmol/L，F(xiàn)e3O4投加量1.0g/L，超聲功率分別為40W、60W、80W、100W。按照前述降解實(shí)驗(yàn)獲得溶液中酸性紅B色度去除率隨時(shí)間的變化，如圖4所示。

圖4　不同超聲功率對(duì)色度去除率影響

根據(jù)圖4可以看出，在非均相催化體系中，隨著超聲功率的增大，降解效率有所提高。這是因?yàn)殡S著功率增加，可以產(chǎn)生更多的熱能，從而增加SO4

－·和˙OH的數(shù)量。隨著超聲波功率的增加，由于空化泡破裂產(chǎn)生微射流的作用，增強(qiáng)了固液兩相間的傳質(zhì)。同時(shí)，超聲的清洗作用保證了催化劑的活性位點(diǎn)與中間產(chǎn)物及時(shí)分離而不被其覆蓋，防止催化劑失活。此外，當(dāng)超聲功率由80W提高到100W時(shí)，酸性紅B的降解速率不升反而下降，超聲表現(xiàn)了一定的抑制作用。這是由于當(dāng)超聲強(qiáng)度較高時(shí)，超聲波所產(chǎn)生的空化泡的數(shù)量和大小成為影響降解速率的主要影響因素。超聲功率過高時(shí)，導(dǎo)致聲強(qiáng)過高產(chǎn)生大量無效氣泡，增加散射衰減，形成聲屏障，導(dǎo)致空化效率降低，從而降低酸性紅B的降解效率［16］。

2.4超聲頻率對(duì)色度去除率的影響

超聲可以起到活化PMS的作用，但是不同頻率的超聲，空化程度不同，對(duì)反應(yīng)過程的影響也不同。此部分對(duì)不同超聲頻率下的酸性紅B降解情況進(jìn)行了研究。設(shè)定酸性紅B溶液濃度100mg/L，調(diào)節(jié)溶液初始pH為8.3，超聲功率80W，PMS投加量為60mmol/L，F(xiàn)e3O4投加量1.0g/L，超聲頻率分別為20kHz、40kHz、50kHz、80kHz。按照前述降解實(shí)驗(yàn)獲得溶液中酸性紅B色度去除率隨時(shí)間的變化，如圖5所示。

圖5　不同頻率超聲對(duì)色度去除率影響

由圖5可以看出，在其他條件相同的情況下，隨著超聲頻率的增大，色度去除率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在頻率為50kHz達(dá)到最大值。低頻時(shí)的降解效果總體上大于高頻。因?yàn)殡S著頻率降低，空化閾降低，在液體中發(fā)生空化越容易。頻率較低時(shí)，液體受到的壓縮和膨脹作用時(shí)間間隔長，空化泡生長所達(dá)到的最大半徑增大，崩潰程度更加猛烈。但是頻率過低時(shí)，氣泡存活時(shí)間過長，空化泡內(nèi)的自由基相互結(jié)合，導(dǎo)致活性降低，聲化學(xué)產(chǎn)額下降，不利于有機(jī)物的降解［17］。實(shí)驗(yàn)中得到的最優(yōu)值結(jié)果可以由CUM等［18］的研究中得到解釋，假設(shè)聲化學(xué)產(chǎn)額與頻率的函數(shù)關(guān)系滿足Gussian分布，如式（5）所示。

式中，y表示聲化學(xué)產(chǎn)額；B為常數(shù)；fc為具有共振半徑為R氣泡核的共振頻率；δ為分布曲線的半寬高度。

在授課過程中，有的教師基本依據(jù)教材，但會(huì)展開得比較豐富，這就需要我們?cè)陬A(yù)習(xí)時(shí)對(duì)教材內(nèi)容有一定的理解，并在此基礎(chǔ)上有一定的分析；有的教師講課則完全是對(duì)教材的展開、升華，那么，就要求我們?cè)陬A(yù)習(xí)時(shí)要了解教材，分析教材，做讀書筆記。這就告訴我們，預(yù)習(xí)不是盲目的，如果不根據(jù)教師的授課情況進(jìn)行預(yù)習(xí)，那么，就可能收到事倍功半的效果。因此，教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的預(yù)習(xí)。

當(dāng)超聲頻率f=fc時(shí)，超聲與空化泡能達(dá)到最有效的能量耦合，此時(shí)聲化學(xué)產(chǎn)額最高；f＜fc時(shí)，f增大，空化增強(qiáng)；f＞fc時(shí)，f增大，空化減弱。他們通過碘釋放法得出fc在40～60kHz之間，與本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。因此，適合本文中的非均相體系降解酸性紅B的最佳頻率為50kHz。

2.5溶液初始pH對(duì)色度去除率的影響

實(shí)際染料廢水pH范圍較廣，而傳統(tǒng)Fenton試劑對(duì)溶液的酸堿度要求較苛刻，限制了其廣泛應(yīng)用，因此對(duì)本文中提出方法的酸堿度適用范圍進(jìn)行探究。設(shè)定酸性紅B溶液濃度100mg/L，取超聲頻率50kHz，超聲功率80W，PMS投加量為60mmol/L，F(xiàn)e3O4投加量1.0g/L，溶液初始pH分別為3.5、7.0、8.5。按照前述降解實(shí)驗(yàn)獲得溶液中酸性紅B色度去除率隨時(shí)間的變化，如圖6所示。

圖6　不同pH對(duì)色度去除率影響

在酸性條件下，F(xiàn)e3O4中的二價(jià)鐵離子更利于參與PMS的活化，產(chǎn)生更多。隨著溶液pH升高，酸性紅B的降解速率隨之下降。

此外，在反應(yīng)進(jìn)行過程中，由于生成有機(jī)酸類小分子物質(zhì)使得反應(yīng)液的pH隨反應(yīng)時(shí)間增加而降低，并且隨著PMS在溶液中的溶解及反應(yīng)式（7）的進(jìn)行，會(huì)向溶液中釋放更多的H+，導(dǎo)致溶液的pH降低。

由測(cè)得的反應(yīng)后的溶液pH可知，即便溶液初始pH不同，經(jīng)過90min后，最終的pH基本一致，分別為2.5、2.4、2.5。因此，不同初始pH條件下，反應(yīng)后酸性紅B的色度去除率最終基本相同。

2.6初始酸性紅B濃度對(duì)色度去除率的影響

分別取濃度為100mg/L、200mg/L、400mg/L和500mg/L的酸性紅B溶液200mL，取超聲頻率50kHz，超聲功率80W，PMS投加量為60mmol/L，F(xiàn)e3O4投加量1.0g/L，溶液初始pH分別為8.5。按照前述降解實(shí)驗(yàn)獲得溶液中酸性紅B色度去除率隨時(shí)間的變化，如圖7所示。

圖7　初始酸性紅B濃度對(duì)色度去除率影響

根據(jù)圖7可以看出，當(dāng)反應(yīng)體系的其他條件相同時(shí)，隨著染料初始濃度的增加，降解效率會(huì)逐漸降低。當(dāng)PMS投加量，F(xiàn)e3O4的投加量相等且其他氧化條件一定時(shí)，的產(chǎn)生量也是一定的。初始染料濃度的增加會(huì)降低染料分子與自由基的反應(yīng)機(jī)率。另外，反應(yīng)中生成的中間產(chǎn)物也與自由基發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致了的消耗。盡管被消耗，但是在不同染料初始濃度下，色度去除率均達(dá)到90%以上，這表明反應(yīng)90min后，在Fe3O4的催化下，60mmol/L的PMS分解產(chǎn)生的硫酸根自由基已經(jīng)足夠完全降解酸性紅B。

2.7催化劑循環(huán)利用性能

催化劑的重復(fù)利用性能是考核其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要方面之一。基于Fe3O4具有磁性這一特點(diǎn)，采用外加磁場(chǎng)對(duì)反應(yīng)過后的Fe3O4進(jìn)行回收，經(jīng)過洗滌干燥等操作后重復(fù)使用。并對(duì)重復(fù)利用前后降解反應(yīng)的脫色效果進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)催化劑的穩(wěn)定性。回收前后反應(yīng)條件均相同，PMS投加量為60mmol/L，F(xiàn)e3O4投加量為1.0g/L，超聲功率為80W，超聲頻率為50kHz，初始pH為8.3，初始染料濃度為100mg/L，按照前述降解實(shí)驗(yàn)獲得溶液中酸性紅B色度去除率隨時(shí)間的變化，如圖8所示。

圖8　催化劑循環(huán)利用性能對(duì)比

根據(jù)圖8可以看出，隨著催化劑使用次數(shù)的不斷增加，降解效率略有所降低。催化劑Fe3O4中，F(xiàn)e2+的溶出是導(dǎo)致其活性降低的主要因素。此外，文獻(xiàn)［6］報(bào)道，在Fe3O4固體中Fe2+與Fe3+之間的相互轉(zhuǎn)化，在催化劑表面形成三價(jià)鐵氧化膜，阻礙了固體中的結(jié)構(gòu)二價(jià)鐵活化PMS產(chǎn)生自由基，降低了催化效率。由于本實(shí)驗(yàn)在非均相體系中引入超聲，超聲的清洗作用促進(jìn)了反應(yīng)中生成的中間產(chǎn)物與催化劑及時(shí)分離，防止其覆蓋在催化劑表面使其中毒。綜上所述，本文所選催化劑Fe3O4回收再利用的性能較好，能夠有效節(jié)省由于催化劑損失所帶來的成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

3　結(jié) 論

本文選取典型偶氮染料酸性紅B作為目標(biāo)污染物，采用超聲輔助Fe3O4活化PMS方法對(duì)其進(jìn)行降解，以色度去除率為指標(biāo)對(duì)降解效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明，該方法可以有效降解酸性紅B，且反應(yīng)速率快，色度去除率達(dá)到90%以上。其實(shí)驗(yàn)優(yōu)化條件為Fe3O4投加量1.0g/L，PMS投加量60mmol/L，超聲頻率50kHz，超聲功率80W，初始pH影響較小，可降解較大濃度酸性紅B溶液。本方法具有簡單、成本低廉等特點(diǎn)。催化劑重復(fù)使用性能好，可利用外磁場(chǎng)對(duì)反應(yīng)后溶液實(shí)現(xiàn)快速分離，具有良好應(yīng)用前景。

［1］ BANERJEE P，DAS GUPTA S，DE S，et al.Removal of dye from aqueous solution using a combination of advanced oxidation process and nanofiltration［J］.Journal of Hazardous Materials，2007，140（1）：95-103.

［2］ 齊魯青，汪曉軍，徐綺坤，等.印染廢水深度處理及回用［J］.現(xiàn)代化工，2010，30（12）：73-76.

［3］ 葉林靜，關(guān)衛(wèi)省，李宇亮，等.高級(jí)氧化技術(shù)降解雙酚A的研究進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2013，32（4）：909-918.

［4］ MUNTER R. Advanced oxidation processes-current status and prospects［J］.Proc. Estonian Acad. Sci. Chem.，2001，50（2）： 59-80.

［5］ 包木太，王娜，陳慶國，等.Fenton法的氧化機(jī)理及在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2008，27（5）：660-665.

［6］ DHAKSHINAMOORTHY A，NAVALON S，ALVARO M，et al.Metal nanoparticles as heterogeneous Fenton catalysts［J］.Chem. Sus. Chem.， 2012，5（1）：46-64.

［7］ 楊世迎，楊鑫，王萍，等.過硫酸鹽高級(jí)氧化技術(shù)的活化方法研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代化工，2009，29（4）：13-19.

［8］ 王兵，李娟，莫正平，等.基于硫酸自由基的高級(jí)氧化技術(shù)研究及應(yīng)用進(jìn)展［J］.環(huán)境工程，2012，30（4）：53-57.

［9］ LIANG C，LEE I L，HSU I Y，et al.Persulfate oxidation of trichloroethylene with and without iron activation in porous media［J］.Chemosphere，2008，70（3）：426-435.

［10］ SNOOK M E，HAMILTON G A.Oxidation and fragmentation of some phenyl-substituted alcohols and ethers by peroxydisulfate and Fenton's reagent［J］.Journal of the American Chemical Society，1974，96（3）：860-869.

［11］ YANG S，WANG P，YANG X，et al.Degradation efficiencies of azo dye Acid Orange 7 by the interaction of heat，UV and anions with common oxidants： persulfate，peroxymonosulfate and hydrogen peroxide［J］.Journal of Hazardous Materials，2010，179（1）：552-558.

［12］ 范拴喜，江元汝.Fenton法的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.現(xiàn)代化工，2007，27（s1）：104-107.

［13］ HOU L，HUI Z，XUE X，et al.Ultrasound enhanced heterogeneous activation of peroxydisulfate by magnetite catalyst for the degradation of tetracycline in water［J］.Separation & Purification Technology，2012，84（2）：147-152.

［14］ 丁耀彬.基于過渡金屬氧化物催化活化過一硫酸鹽高級(jí)氧化方法及其在有機(jī)污染物降解中的應(yīng)用［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2013.

［15］ HUIE R E，CLIFTON C L.Temperature dependence of the rate constants for reactions of the sulfate radical，SO4-·，with anions［J］.Journal of Physical Chemistry，1990，94（23）：8561-8567.

［16］ LIU L Y，YANG Y，LIU P H，et al.The influence of air content in water on ultrasonic cavitation field［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2014，21（2）：566-571.

［17］ 劉麗艷，楊洋，劉芃宏，等.基于頻譜分析方法的超聲空化場(chǎng)三維重建及其分布［J］.天津大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2014（11）：962-966.

［18］ CUM G，GALLI G，GALLO R，et al.Role of frequency in the ultrasonic activation of chemical reactions［J］.Ultrasonics，1992，30（4）：267-270.

［19］ LAU T K，WEI C，GRAHAM N J D，et al.The aqueous degradation of butylated hydroxyanisole by UV/S2O82-：study of reaction mechanisms via dimerization and mineralization［J］.Environmental Science & Technology，2007，41（2）：613-619.

Degradation of Acid Red B with Fe3O4activated peroxymonosulfate with ultrasound irradiation

LIU Liyan，SUN Zhirou，YE Wenbo，TAN Wei
（School of Chemical Engineering & Technology，Tianjin University，Tianjin 300354，China）

Azo dyes，with high chromaticity，are difficult to degrade by traditional methods to meet the industrial emission standard，which become great threat to the environment. In this paper，Acid Red B，as a selected azo dye，was degraded with advanced oxidation process by Fe3O4activating peroxymonosulfate（PMS） with ultrasound irradiation. This study focus on the effect of parameters on the degradation rate such as the addition of Fe3O4，the concentration of PMS，the ultrasound power and frequency，the initial concentration of Acid Red B and the initial pH of the solution. The optimized operating parameters are Fe3O41.0g/L，PMS 60 mmol/L，ultrasound frequency 50kHz，ultrasound power 80W. This method can be applied in a wide range of pH from 3.5 to 8.5 and is capable of degrading high concentration of Acid Red B up to 1g/L. The study also investigated the reusability of the catalyst. The catalyst was recycled for 3 times and the decoloration rate still remained above 95%. These results can be applied to the industrial process of wastewater treatment of azo dyes.

peroxymonosulfate；Fe3O4；ultrasound；Acid Red B；advanced oxidation process

X 703.1

A

1000-6613（2016）11-3663-06

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.11.042

2016-04-06；修改稿日期：2016-05-26。

劉麗艷（1977—），女，副教授，研究方向?yàn)榉蔷喾蛛x理論與技術(shù)。聯(lián)系人：譚蔚，教授，研究方向?yàn)榉蔷喾蛛x理論與技術(shù)。E-mail wtan@tju.edu.cn。