Fenton法应用于甲基橙废水脱色研究

Fenton法应用于甲基橙废水脱色研究

卫腾飞

中条山有色金属集团有限公司 山西运城 043700

摘要：随着经济的飞速发展，城市化进程的影响，人们的生活水平得到了极大的提升，但随之而来的是不同程度的环境污染，污水就是其中之一。因此污水处理的研究方法便成为水处理过程的重中之重。高级氧化技术是近年来应用到废水处理领域的新技术之一，正成为研究的热点。其中Fenton试剂氧化处理染料废水取得了良好的效果，其具有降解条件温和、反应速度快、不会产生二次污染和适用范围广等优点。而甲基橙作为一种较难降解的有机苯环偶氮染料，研究其降解性能对其他染料废水体系的降解研究具有普遍参考价值。本实验通过研究Fenton试剂降解甲基橙过程中的双氧水的量、七水合硫酸亚铁的量、甲基橙废水浓度和反应体系pH值对甲基橙脱色的影响，确定其最佳降解工艺条件为：当甲基橙废水浓度为20mg/L、pH值为3、七水合硫酸亚铁浓度为0.3g/L、双氧水为0.2ml时，脱色率达到最大值(98.28%)。

关键词：Fenton试剂；甲基橙；脱色率

引言

随着我国工业的迅速发展，印染等行业产生的染料废水，已经成为环境污染的重要来源。染料废水不易降解，若直接排放入水体，将会对环境以及人体健康造成危害。据统计目前所使用的染料中有超过50%是属于偶氮染料^[1]。这类染料具有化学性质稳定、有机毒物含量高、色度深、难降解等特点。因此，对水中的染料类物质的降解已成为亟待解决的问题。

1染料的分类和性质

1)纺织纤维的染色和印花需要用到多种染料，按照应用性能染料可以分为以下几种：(l)、直接染料：大部分是含磺酸基的偶氮染料，可以溶于水，分子中含有直线型共扼双键长链，连同芳核在内的整个分子都处于一个平面。对纤维具有较强的亲和力（主要是由于氢键和范德华力），可在弱碱性或中性溶液中直接上染纤维。(2)、酸性染料：染料分子中大部分含有磺酸基、梭基等酸性集团，通常以水溶性钠盐的形式存在，易溶于水。(3)、阳离子染料：又称为碱性染料或盐基染料，可溶于水，染料分子中发色系统带有正电荷。带电荷的基团与发色团以一定的形式联接。其与聚丙烯腈纤维的亲和力极强，染色性甚好。(4)、活性染料：又称为反应性染料，染料分子中带有活性集团，染色时能够与纤维分子中的羟基和氨基发生共价键结合而牢固地染着在纤维上，特别适于棉纤维的染色。2)按化学结构，染料可分为偶氮染料、蕙醌染料、芳甲烷染料、靛族染料、硫化染料、酞菁染料及硝基和亚硝基染料^[2]。

2 Fenton反应对甲基橙模拟染料废水的处理

2.1不同溶液初始pH值对甲基橙脱色的影响

取200mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液于250ml烧杯中，以稀硫酸溶液调节反应体系的pH值分别为1、2、3、4、5，加七水合硫酸亚铁的浓度为0.3g/L，H₂O₂的量为0.2mL，每隔5min取样并测定样品吸光度，以考察不同pH值对甲基橙脱色的影响。所得结果绘制成图1。由图可知，pH为3时，甲基橙的脱色率最大。所的结论为：pH值对甲基橙脱色的速率的影响较明显，3+浓度过高，反应受到抑制，Fe³⁺不能顺利地还原成Fe²⁺而使催化反应受阻。

图1初始pH值对甲基橙脱色的影响

2.2不同初始Fe²⁺浓度对甲基橙脱色的影响

取200mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液于250ml烧杯中，用稀硫酸调节反应体系的pH值为3，分别加入Fe²⁺的量为20mg、40mg、60mg、80mg、100mg，即浓度分别为0.1g/L、0.2g/L、0.3g/L、0.4g/L、0.5g/L，H₂O₂的量为0.2ml，每隔5min测定体系吸光度值，考察不同Fe²⁺浓度对甲基橙脱色的影响。不同Fe²⁺的用量对脱色率的影响见图2。由图可知Fe²⁺的浓度为0.3g/L时，甲基橙脱色率最大且随着Fe²⁺用量增加反应速率增大，因为Fe²⁺增多会生成更多的羟基自由基，从而使甲基橙脱色的速率增大；过量的Fe²⁺会与羟基反应，从而使羟基减少，甲基橙降脱色率降低。

图2 初始Fe²⁺浓度对甲基橙脱色的影响

2.3不同初始H₂O₂的量对甲基橙脱色的影响

取200mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液于250ml烧杯中，用稀硫酸调节反应体系的pH值为3，加入七水硫酸亚铁的浓度为0.3g/L，分别加入溶液中的H₂O₂的量为0.1ml、0.2ml、0.3ml、0.4ml、0.5ml，每隔5min测定体系中的吸光度值。H₂O₂在Fe²⁺催化作用下生成羟基自由基(·OH)，H₂O₂的用量将会影响羟基自由基的生成，从而对氧化降解起到决定性的作用。从图3知，当H₂O₂为0.2ml时，甲基橙溶液的脱色率最大。

图3 初始H₂O₂的量对甲基橙脱色的影响

结语

综上所述，本实验确定了Fenton试剂降解甲基橙的最佳条件：当甲基橙溶液浓度为20mg/L时，溶液初始pH值为3、Fe

²⁺的浓度为0.3g/L、H₂O₂为0.2ml条件下反应30min后，甲基橙溶液的降解率达到最大值98.28%。

参考文献

[1]郭新超，刘旭．超声波协同Fenton法处理染料废水的试验研究．中国学术期刊，2009.6：1-8

[2]刘岿，葛勐，李晓东．Fenton试剂高级氧化法降解甲基橙模拟废水研究．X703.5：964-965