類Fenton試劑氧化酸性嫩黃染料廢水的研究

孫中華 張穎杰

摘要：染料廢水可生化性差，色度深，處理難度較大，已成為我國目前主要的有害及難處理的工業廢水之一。采用次氯酸鈉與Fe2+組成的類Fenton試劑[1]氧化體系對酸性嫩黃模擬染料廢水進行處理，利用其超強氧化性實現對染料的深度氧化。通過研究一系列條件試驗探求反應過程的最佳操作條件。

關鍵詞：類Fenton試劑;染料廢水;研究

中圖分類號：X131.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.072

Abstract： Dyestuff wastewater has been one of the main harmful and difficult industrial effluents in China at present. The Fenton reagent oxidation system consisting of sodium hypochlorite and Fe2 + was used to treat the acid yellow dye simulated wastewater， and the deep oxidation of the dye was achieved by using its Super oxidizing properties. The optimal operating conditions of the reaction process are explored through a series of conditional tests.

Keywords： Class Fenton reagent; Dye wastewater; Study

Fenton氧化法[2]處理水中的難降解有機物具有較好的效果，但由于體系中大量的亞鐵離子存在，使H2O2[3]的利用效果不高，有機物降解不完全，而且由于H2O2價格昂貴，使用量大，導致Fenton試劑處理染料廢水成本較高。HClO[4]比H2O2氧化性更強，在光照條件下可生成HO-和H2O2，可響應的波長范圍比H2O2寬。以HClO代替H2O2同樣可以與亞鐵離子反應生成HO-。介于上面的原因，以Fe2+為催化劑，采用NaClO或Ca（ClO）2為氧化劑生成HClO來代替H2O2的氧化作用[5]，對染料廢水中難降解有機物進行實驗摸索。

1 研究方法

1.1 模擬染料廢水的配制

采用酸性嫩黃和蒸餾水配制。在電子天平上稱取0.4000g的酸性嫩黃染料，溶解于一個干凈的燒杯中，待完全溶解后，將其移入一個干凈的1L容量瓶中，定容，搖勻，配制成400mg/L的酸性嫩黃溶液。

1.2 試驗方法

取若干份150mL濃度為400mg/L酸性嫩黃溶液放入燒杯中，經充分溶解后，加入FeSO4·7H2O和NaClO溶液，在恒溫振蕩水槽中反應一段時間后對處理后的水樣進行吸光度值的測定，根據標準工作曲線，換算出相應的濃度，求出各影響因素在最佳條件時的對廢水的脫色率：

1.3 分析方法

吸光度測定采用分光光度法;溶液濃度測定采用標準工作曲線法。

2 分析結果

2.1 最大吸收波長的確定

采用721分光光度計對溶液進行吸光度分析。用電子天平準確稱取0.1000g酸性嫩黃染料，在1000mL容量瓶中配制成100.00mg/L的酸性嫩黃溶液，在可見光波長范圍內測得溶液在不同波長處的吸光度。結果見表1所示：

根據表1中數據確定酸性嫩黃染料的最大吸收波長為383nm。

2.2 標準工作曲線的繪制

配制一系列不同濃度的酸性嫩黃標準溶液，用連續掃描法測定各標準溶液在383nm處的一系列吸光度值。根據濃度與相應吸光度制作標準曲線，結果如圖1所示：

2.3 對比試驗

取2份150mL濃度為400mg/L初始pH為7.13的酸性嫩黃染料溶液，向其中一份加入FeSO4·7H2O 0.3g，充分溶解后加入2mLNaClO，調節溶液初始pH值為7.13，將溶液放入恒溫振蕩水槽反應;將另一份溶液亦加入2mLNaClO溶液，同樣放入恒溫振蕩水槽反應。每隔一定時間后取出部分溶液靜止過濾，取上清液在383nm處測其吸光度值。結果見圖2。由圖2可以看出：在相同的反應條件下，加入FeSO4·7H2O的水樣處理后的脫色率明顯高于沒有加入FeSO4·7H2O的水樣，因此確定FeSO4·7H2O的加入對實驗的處理效果有很大影響。

2.4 各因素對脫色率影響的正交實驗

結合經濟成本和其他因素，列正交試驗表。正交試驗表如表2所示：

由表2可得：NaClO用量對試驗結果的影響最大，pH值和FeSO4·7H2O用量為其次，反應時間的影響最小。以下通過單因素試驗確定各因素的最佳值。

2.5 影響因素的確定

2.5.1NaClO投加量對處理結果的影響

取7份150mL濃度為400mg/L的酸性嫩黃染料溶液，固定FeSO4·7H2O的用量為0.1000g，調節溶液初始pH為7.13，改變NaClO的用量，在恒溫振蕩水槽中反應30min。反應結束后調節出水pH在8-9之間，靜止過濾，取上清液在383nm處測其吸光度值。結果見圖3所示。

由圖3可以看出：NaClO用量多少對處理效果有顯著影響，當NaClO<5mL時，溶液脫色率隨NaClO用量的增大而迅速增大，NaClO為5mL時，處理效果最好，溶液脫色率達95.48%，此后，增加NaClO用量，溶液脫色率反而下降，這是因為由于在一定的pH范圍內受到[H+]的限制，過多的[ClO-]無益于HClO的生成，影響HClO與Fe2+生成羥基自由基，從而使反應處理效果下降。因此試驗確定NaClO投加量為5mL。

2.5.2 FeSO4·7H2O投加量對處理結果的影響

取9份150mL濃度為400mg/L的酸性嫩黃染料溶液，固定NaClO的最佳投加量為5mL，改變FeSO4·7H2O的用量，待溶液充分溶解后調節溶液pH值為7.13，將配置好的9份試樣放入恒溫振蕩水槽反應30分鐘。反應結束后調節出水pH在8-9之間，靜止過濾，取上清液在383nm處測其吸光度值。結果見圖4所示。

由圖4可以看出：隨著FeSO4·7H2O用量的增加，廢水的脫色率隨之增加，當FeSO4·7H2O投加量在0.3g左右時，脫色率達到最大值，之后曲線趨于平緩。這是由于Fe2+濃度過高時，多余的Fe2+被HClO氧化為Fe3+，使得Fe2+用量的增多對出水濃度的減少沒有實際意義。所以確定FeSO4·7H2O的最佳投加量為0.3000g。

2.5.3 pH值對處理結果的影響

取6份150mL濃度為400 mg/L的酸性嫩黃染料溶液，固定NaClO與FeSO4·7H2O的最佳投加量分別為5mL和0.3000g，調節不同的初始pH值，在恒溫振蕩水槽中反應30min。反應結束后調節出水pH在8-9之間，靜止過濾，取上清液在383nm處測其吸光度值。結果見圖5所示。

由圖5可以看出：pH值在2～5之間時由NaClO和FeSO4·7H2O組成的氧化體系對水樣的處理效果較好，這是因為pH值過高將會導致Fe2+形成沉淀或鐵的復雜絡合物，使體系中無法進一步產生足夠的羥基自由基，導致脫色率降低。因此確定反應最佳pH值為2。

3 結果討論

根據正交試驗結果分析得出，影響Fe2+與NaClO組成的類Fenton試劑氧化酸性嫩黃染料廢水脫色率各因素的重要性順序為：NaClO投加量>pH值>FeSO4·7H2O投加量>振蕩反應時間。以Fe2+與NaClO組成的類Fenton試劑氧化處理酸性嫩黃模擬染料廢水時，其最佳操作條件為：NaClO投加量為5mL，pH值為2， FeSO4·7H2O投加量為0.3g。此次研究僅為實驗室模擬，現實染料廢水具有水量大、成分復雜、有機污染物濃度高，可生化性差、色度深且多變、難降解等特點，采用類Fenton試劑氧化處理還需進一步研究考證。

參考文獻

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[3]李碩文.活性炭-H2O2催化氧化在染色廢水脫色中的應用[J].工業水處理，1989，9（4）：25-27.

[4]李紹峰，黃君禮，陶虎春. Fenton試劑降解水中活性染料的研究[J].哈爾濱建筑大學學報，2001，34（5）：76-80.

[5]徐向榮，王文華，李華斌.Fenton試劑與染料溶液的反應[J]. 環境科學，1999，20（3）：72-74.

收稿日期：2019-03-29

作者簡介：孫中華（1985-），男，漢族，環境工程專業，工程師，研究方向為環境工程及環境監測。