張 鋒

（寶雞文理學院 化學化工學院 陜西省植物化學重點實驗室，陜西 寶雞 721013）

環(huán)境工程

微波-Fenton試劑協(xié)同降解甲基橙廢水研究*

張 鋒

（寶雞文理學院 化學化工學院 陜西省植物化學重點實驗室，陜西 寶雞 721013）

研究了微波-Fenton試劑氧化聯(lián)合使用對甲基紅染料廢水的降解?？疾炝寺?lián)合工藝中最佳微波功率、反應(yīng)時間與不同濃度甲基紅對反應(yīng)的影響因素。利用紫外分光光度計對處理前后甲基紅濃度進行測定。結(jié)果表明：300～450W的功率梯度范圍下，300W，反應(yīng)20min，降解效果最佳，最大降解率為55%。然后在300W的功率下，改變時間，得到時間越長，降解率越高，但最大降解率無明顯變化。引入Fenton試劑與微波對甲基紅廢水協(xié)同降解，協(xié)同降解的效果較好，模擬廢水變?yōu)榻鯚o色，且試管底部有明顯沉淀。說明超聲波-Fenton氧化法具有一定協(xié)同作用。

染料廢水；Fenton試劑；微波

隨著社會經(jīng)濟水平不斷進步，生活中所使用的染料品種越來越多，并朝著抗光解、抗氧化、抗生物降解的方向發(fā)展，使得這些廢水越來越難以用一般的水處理系統(tǒng)處理。目前，我國工業(yè)染料廢水且治理的合格率不到60%,對環(huán)境造成了非常嚴重的污染,其中最嚴重的是廢水中染料的殘余物質(zhì)，其引發(fā)的色度對環(huán)境的影響,使人在直觀感受上感到不適,并且對水體的自凈造成了阻礙。因此，相關(guān)處理技術(shù)的研究很早就受到研究人員的廣泛關(guān)注[1-4]。

利用微波（MW）或基于OH·氧化的Fenton技術(shù)進行染料廢水降解已被證實具有一定效果。它們具有穿透性強、熱慣性小參與化學反應(yīng)花費低、占地面積小、氧化能力強、條件溫和、無次生污染物等優(yōu)點[5，6]。但單純只加入微波用于有機染料類物質(zhì)降解則效率較低，不適合高濃度染料廢水的降解[7]。而基于OH·氧化的Fenton反應(yīng)對體系pH值過于依賴，同時形成的鐵泥沉淀也增加了后處理難度。造成處理成本高等問題[8-10]。

為了提高有機染料類廢水的處理效率，研究新型偶氮染料廢水處理工藝，本論文將微波輻照與Fenton試劑氧化聯(lián)用，甲基紅溶液模擬染料廢水，研究了聯(lián)合處理工藝對染料廢水的降解效果，計算了處理后溶液脫色率。為研究高效降解工業(yè)染料廢水處理工藝提供一定理論與實驗數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

甲 基 紅（AR）、（NH4）2Fe（SO4）2（AR）、30（w）%H2O2（AR）、無水乙醇（AR）等試劑均購于國藥集團化學試劑有限公司，使用前未做進一步純化。

Cary-50型紫外可見分光光度計（Varian公司）；791型磁力攪拌器（中西遠大科技有限公司）；TGL-16C型臺式離心機（上海安亭科學儀器廠）；XH-300B型電腦微波超聲波組合合成/萃取儀（北京祥鵠科技發(fā)展有限公司）；TD型分析天平（余姚金諾天平有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 甲基紅標準曲線繪制 取5個50mL的容量瓶，以去離子水準確配制濃度分別為0.5、1、2、2.5、3mg·L-1的甲基紅溶液，搖勻，貼上標簽。隨后以去離子水作為參比溶劑，在紫外-可見分光光度計中測量437nm處的吸光度Abs。以甲基紅溶液濃度為橫坐標，吸收值為縱坐標，繪制標準曲線。

1.2.2 微波降解甲基紅溶液效果

（1）微波效果定性對比 取1mL濃度為0.1g·L-1的甲基紅母液，加入20mL的去離子水，配制成濃度為5mg·L-1的溶液。放入祥鵠電腦微波超聲波組合合成萃取儀中，在微波參數(shù)為25℃，功率為350W的條件下充分輻照，然后在紫外-可見分光光度計中測量437nm處的吸光度，取等濃度甲基紅溶液做空白對照。

（2）不同微波功率下的降解效果比較 在5個干凈的空燒杯中分別配制濃度為5mg·L-1的甲基紅溶液，分別放入祥鵠電腦微波超聲波組合合成萃取儀中，在微波參數(shù)為25℃，20min，微波功率分別為 300、350、400、450 、500W的條件下，進行微波處理，然后在紫外-可見分光光度計中進行全波長測試。按下面公式計算甲基紅脫色效率。

式中 η：甲基紅脫色效率；C：處理后甲基紅殘留濃度，mg·L-1；C0：處理前甲基紅濃度，mg·L-1。

1.2.3 微波/Fenton協(xié)同降解效果 取干凈燒杯中加入1mL甲基紅母液和不同體積去離子水，依次配制成7.5、10、12.5mg·L-1的甲基紅溶液。放入祥鵠電腦微波超聲波組合合成萃取儀中，在微波參數(shù)為25℃，微波功率為300W，微波時間為20min的條件下進行微波，微波完成后，將配制好的20mg·L-1的FeSO41mL和0.6mL的30%H2O2組成的Fenton試劑加入甲基紅溶液中，確保體系pH值均在7左右，充分靜置后離心取上清液在紫外-可見分光光度計中測定吸收。根據(jù)上述公式計算甲基紅脫色效率。

2 結(jié)果與討論

2.1 甲基紅溶液標準曲線

圖1為甲基紅溶液的標準曲線。

圖1 甲基紅標準曲線Fig.1 Standard curve ofmethyl red

由圖1可見，隨著溶液濃度增加，Abs 437nm處吸收值呈線性增加，R2值為0.99949,表明線性程度良好，可在相同體系條件下，測定未知濃度的甲基紅水溶液的吸光度，并根據(jù)標準曲線計算出待測甲基紅水溶液的濃度。

2.2 微波處理效果

圖2為加入微波處理后，甲基紅溶液吸收變化圖。

與未經(jīng)微波處理的對照品比較，可知當加入微波處理后，甲基紅在280nm與437nm兩處吸收峰均出現(xiàn)一定程度降低，整體紫外吸收圖形發(fā)生明顯改變，最大吸收峰位置出現(xiàn)偏移，初步說明在微波輻照下，甲基紅溶液發(fā)生了降解。

圖2 微波處理前后甲基紅紫外-可見吸收對比圖Fig.2 Comparison ofmethyl red UV-vis absorption spectra before and aftermicrowave treatment

隨后保持甲基紅溶液濃度不變，在不同微波功率梯度下進行降解實驗，結(jié)果見圖3。

圖3 不同微波功率下甲基紅紫外-可見吸收對比圖Fig.3 Comparison ofmethyl red UV-vis absorption spectra under differentmicrowave power

由圖3可以看出，隨著微波功率逐漸增加，處理液在437nm處的吸收值反而逐漸增大，這表明增加微波處理功率不利于甲基紅溶液的降解。原因可能與高功率微波使得·OH轉(zhuǎn)化為氧化能力較弱的H2O·，從而使得體系降解效率下降有關(guān)。因此，后續(xù)處理時微波采用功率均為300W。隨后增加微波處理時間，按照1.2.2所述方法進行脫色率計算，結(jié)果見表1。

表1 不同處理時間的甲基紅脫色率Tab.1 Decolorization rate ofmethyl red with different treatment time

雖然隨著時間延長，甲基紅脫色率也在逐漸上升。但是，考慮到初始甲基紅溶液濃度較小，且顏色也沒有過多變化，表明單純微波處理雖然有一定作用，但效果不是很理想。所以決定加入Fenton試劑進行協(xié)同降解。

2.3 微波-Fenton協(xié)同降解效果

在1.2.3所述條件下，取一組不同濃度的甲基紅溶液，進行微波-Fenton協(xié)同降解處理，隨后取處理液進行紫外-可見分光光度計檢測。結(jié)果見圖4。

圖4 不同濃度甲基紅降解后紫外-可見吸收對比圖Fig.4 UV-vis absorption spectra of different concentrations methyl red after degradation

由圖4可見，每組甲基紅溶液都有明顯的降解效果，其在300～800nm范圍內(nèi)吸光度為一條直線，并且無最大吸收峰，200nm到300nm處的圖像沒有變化。

圖5為降解前后溶液變化圖。

圖5 Fenton試劑-微波協(xié)同處理甲基紅Fig.5 Combined method of Fenton reagent-Microwave for methylene blue degradation

由圖5也可以看出，未加入Fenton試劑前，a圖溶液為深紅色，b圖降解后溶液變成了透明狀試劑，管底有橙黃色沉淀。從以上實驗可以看出，相比微波單獨降解，微波-Fenton試劑法降解甲基紅廢水具有明顯的促進效果。且該處理方式能夠在pH值中性條件下進行染料廢水降解，可部分彌補Fenton降解方法的不足之處。

3 結(jié)論

（1）利用微波輻照降解甲基紅具有一定實際效果，對濃度為5mg·L-1的染料溶液具有56.6%的脫色效率，但隨處理時間延長，處理效果基本保持不變。微波功率超過300W時，脫色效果反而逐漸下降。

（2）Fenton試劑-微波協(xié)同處理染料廢水優(yōu)于微波單獨使用。對 7.5、10、12.5mg·L-1的甲基紅溶液均有較好的降解效率。根據(jù)標準曲線計算，甲基紅的脫色率可達到98%以上。證明兩者具有一定協(xié)同效應(yīng)，從而提高了降解效果。

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Research on degradation ofmethyl red wastewater w ith Fenton reagent and m icrowave irradiation*

ZHANG Feng
（Dept.of Chemistry and Chemical Engineering,BaojiUniversity of Arts and Science,Shaanxi Key Laboratory of Phytochemistry，Baoji721013,China）

The joint treatmentofmicrowave irradiation and Fenton reagentoxidation was applied tomethyl red used as a proxy for dyeing wastewater.The effects of optimalmicrowave power,reaction duration and methyl red concentration were investigated.The UV spectrophotometer was employed to determine the concentrations ofmethyl red before and after the treatment.The experiment results demonstrated that given a reaction duration of 20min,a microwave power of 300W performed bestwhen compared to other powers in the range 300～450W,yielding amaximal degradation rate of 55%.Moreover,formicrowave power fixed at 300W,the degradation rate improved as the reaction duration prolonged,albeitwith no apparent impact on themaximal degradation rate.However,when Fenton reagent and microwave irradiation were utilized in conjunction,the synergistic degradation on methyl red solution was relatively good:the solution becamemostly colorlesswith apparent precipitation at the bottom of the test tube,which indicating that the ultrasonic-Fenton oxidationmethod has a certain synergistic effect.

dyewastewater;Fenton reagent;microwave

X703.1

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170430

2017-01-16

陜西省科技廳工業(yè)攻關(guān)項目（2014K08-36）；寶雞市科技局項目（2013R7-4）；陜西省植物化學重點實驗室項目（14JS005、12JS008）；寶雞文理學院重點項目（ZK12033）

張 鋒（1982-），男，碩士，講師，主要從事生物催化與環(huán)境污染降解研究。