摻鐵二氧化鈦類芬頓對染料廢水的處理研究

吳龍華 孫佳怡 雷金梅 戴雨凡 盛智源

摘 要：用金屬摻雜法制備不同鐵含量的摻鐵二氧化鈦，主要研究摻鐵二氧化鈦類芬頓法處理染料廢水。針對對染料廢水的處理最佳條件進行實驗進行探討，主要討論了溶液pH、雙氧水投加量、二氧化鈦摻鐵量和反應時間對染料廢水的實驗影響。通過正交實驗實驗得出了pH為3，二氧化鈦摻鐵量為0.3g/L，雙氧水投加量為30mmol/L，反應時間為10min為最佳反應條件，其去除率為96.03%。

關鍵詞：摻鐵二氧化鈦;Fenton;高級氧化;去除率

1 緒論

目前地球環境被人類破壞的十分嚴重，我們自身都已經意識到了其嚴重性，所以人們都開始加強環保意識，環境保護主要就是講究綠色環保技術[1]。光催化技術主要是通過多相光催化作用將染料廢水中的有機污染物可以將其降解為無毒或者低毒含量的易降解小分子[2]，從而具有高效，以及節能和無二次污染等優點，現在已經適用于控制環境的污染。二氧化鈦，作為一種重要的無機功能材料，它不僅可以作為吸附劑和催化劑載體，傳感器（二氧化鈦對一氧化碳，氫氣極為敏感），而摻雜的二氧化鈦比如摻鐵有文獻報道在降解有機物的光催化方面顯示出比普通粒徑的純二氧化鈦高的活性而備受關注[3]。目前我國各種染料產量已達90萬噸，染料行業多之，流程煩煩瑣。在廢水中含有大量的有機物和鹽分，具有色澤深等特點，所以為了處理好這些廢水是一直以來的大難題。研究染料廢水脫色的新方法是很多工程技術人員共同需要研究探討的問題[4]。光化學氧化法是最近這些年發展起來的處理廢水的新方法[5]。

2 實驗儀器設備與方法

2.1 實驗儀器與設備

2.2 實驗方法及步驟

2.2.1 摻鐵二氧化鈦的制備

依次加入30ml超純水、2ml三氯化鈦溶液和12ml無水乙醇（還要加入一定量硫酸亞鐵進行鐵的摻雜）加入250ml燒杯中，攪拌適當后，將其倒入水熱反應釜中蓋緊，放入烘箱中在150℃條件下，放置10h后取出，倒掉上層清液后進行離心處理，離心后進行水洗，再用無水乙醇清洗，倒掉上層乙醇后加到培養皿中，放進烘箱在60℃條件下烘干，稱重，得到其樣品[6]。

2.2.2 實驗步驟

本實驗采用1g/L的酸性大紅溶液作為模擬染料廢水，主要研究芬頓試劑條件實驗，以及摻鐵二氧化鈦類芬頓處理模擬染料廢水，通過測定反應前后色度的變化，判斷染料廢水處理效果。

3 實驗內容

3.1 條件實驗

影響染料廢水的因素主要有：硫酸亞鐵的投加量、摻鐵含量二氧化鈦、pH值、雙氧水投加量，以及反應時間。

3.1.1 不同硫酸亞鐵的投加量對染料廢水處理的影響

探究硫酸亞鐵投加量的影響，投加量分別為0.1mmol/L，0.5mmol/L，1mmol/L，2mmol/L，4mmol/L。在pH為3、雙氧水30mmol/L時處理染料廢水，測定反應時間2min，4min，6min，8min，10min的去除率。由圖1得出：硫酸亞鐵投加量在1mmol/L的條件下，去除率最好，達到了90.6%。

3.1.2 pH值對染料廢水處理的影響

探究pH值的影響，pH值分別為1，2，3，4，5。在硫酸亞鐵1mmol/L、雙氧水30mmol/L時處理染料廢水，測定反應時間2min，4min，6min，8min，10min的去除率。由圖2可知：去除率首先隨pH增大而增大，pH值3時，去除率最好，達到了87.87%，然后隨pH增大而減小。

3.1.3 雙氧水投加量對染料廢水處理的影響

探究雙氧水投加量的影響，雙氧水投加量分別為10mmol/L，20mmol/L，30mmol/L，40mmol/L，50mmol/L。在pH為3、硫酸亞鐵1mmol/L時處理染料廢水。由圖3得出結論：投加量在30mmol/L雙氧水的條件下，去除率最好，達到了83.3%。

3.1.4 摻雜二氧化鈦不同摻鐵量對染料廢水處理的影響

探究摻雜二氧化鈦不同摻鐵量對染料廢水處理的影響，主要是制備時加入不同硫酸亞鐵量0.2g/L、0.3g/L、0.4g/L、0.5g/L的二氧化鈦，在pH為3、雙氧水30mmol/L時處理染料廢水，測定反應時間2min，4min，6min，8min，10min的去除率，如圖4。實驗結果表明摻鐵量0.3g/L的二氧化鈦處理效果最好，去除率達到96.03%。

3.2 正交實驗

由正交實驗結果表2數據可知極差R的數值由大到小依次為;二氧化鈦摻鐵量，雙氧水投加量，pH，反應時間。去除率越大處理效果越好，故各因素對染料處理去除率的影響，影響順序二氧化鈦摻鐵量>雙氧水投加量>pH>反應時間。從表2中可以確定最佳處理條件是：也看出了反應條件pH值為3，二氧化鈦摻鐵量為0.3g/L，雙氧水投加量為30mmol/L，反應時間為10min時為該實驗的最佳的條件，經過實驗驗證，該條件下染料去除率為96.03%。

4 實驗結論

根據條件實驗結果表明，主要因素有pH值、硫酸亞鐵投加量、二氧化鈦摻鐵量、雙氧水投加量以及反應時間。在同等條件下，不同濃度下的硫酸亞鐵投加量比不同二氧化鈦摻鐵量對染料廢水的處理效果低，因此本文只研究了不同摻鐵二氧化鈦類芬頓正交實驗，由表2得知，實驗最優條件為pH為3，摻鐵0.3g/L二氧化鈦，雙氧水投加量為30mmol/L，反應時間為10min。進過實驗驗證，染料去除率高達96.03%，大于Fenton試劑處理該染料廢水效果。二氧化鈦具有良好的催化活性以及摻鐵二氧化鈦在反應過程中鐵的脫落情況有待進一步實驗研究。

參考文獻：

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[2]張鵬會，李艷春，胡浩斌，等.B、N和Ce共摻雜TiO2光催化降解染料廢水研究[J].化工新型材料，2016，44（3）：229-231.

[3]王金翠，王欣，杜銀花.納米TiO2-UV聯合Fenton試劑光催化降解樂果[J].上海理工大學，2013，11（3）：124-131.

[4]秦星華，徐靜，朱秀慧，等.納米ZnTiO3粉末體光催化降解甲基橙[J].遼寧科技大學化學工程學院，2013，7（5）：90-99.

[5]吳新興，劉潘，劉偉，等.不同形態二氧化鈦處理模擬印染廢水的研究[J].吉寧師范大學環境工程學院，2010，9（2）：88-95.

[6]劉巖嵩.金屬摻雜Nano-TiO2降解染料廢水性能研究[D].陜西師范大學，2015（10）：212-230.

[7]朱琳芳.納米二氧化鈦的改性及其降解有機物的研究[D].河南師范大學，2010（4）：105-117.