高铁酸钾氧化降解活性艳蓝KN-R

孙 亮, 董 学 伟, 马 春, 董 晓 丽, 李 佳, 钮 娜

( 1.大连工业大学 化工与材料学院, 辽宁 大连 116034;2.大连交通大学 环境与化学工程学院, 辽宁 大连 116028 )

0 引 言

高铁酸钾是近年来备受瞩目的新型高效多功能绿色水处理剂。它具有氧化、絮凝、吸附、杀菌、除臭等多种功能,并具有价格低廉、无二次污染等优点,对毒性大、难生物降解的印染废水处理具有较高的实际应用价值[1]。高铁酸钾是一种含有FeO42-离子的化合物,中心原子Fe以六价存在[2]。高铁酸钾在pH为1～14都有较强的氧化性[3],可以有效地氧化、降解染料工业废水中的多种有机物质。更难能可贵的是,高铁酸钾中六价铁还原后生成的Fe3+是一种絮凝剂,其水解产物Fe(OH)3具有很好的吸附作用[4]。近年来,采用高铁酸钾处理污染废水已经有较多的报道[5-6],而对于较难降解的染料废水来说,研究的较少[7-8]。本文选用蒽醌染料活性艳蓝KN-R作为研究对象,采用高铁酸钾氧化降解活性艳蓝KN-R,为这种难生物降解的染料废水的处理提供新的途径,为工业化的实际运用奠定理论基础。

1 实 验

1.1 试剂和仪器

高铁酸钾,西安天顺精细化工厂;活性艳蓝KN-R,市售;微波密封消解COD速测仪,汕头市环海工程总公司制造;UV-VIS 8500紫外可见分光光度计。

1.2 实验方法

在磁力搅拌的条件下投加一定量的高铁酸钾粉末于活性艳蓝KN-R溶液中,用硫酸和氢氧化钠溶液快速将反应液调至所需酸度,持续反应一定时间。为了终止反应,立刻用氢氧化钠溶液将反应液pH调至6～7左右,静置2 min,以便尽可能发挥Fe3+的絮凝作用。离心除去反应液中Fe(OH)3絮状沉淀,对上清液进行各项分析。

1.3 分析方法

通过测定染料在其最大吸收波长处脱色前后的吸光度值A0和At,由公式t=(1-At/A0)×100%计算出脱色率。采用微波消解法测定COD去除率。

2 结果与讨论

2.1 pH对活性艳蓝KN-R降解的影响

取100 mL,80 mg/L的活性艳蓝KN-R,依次用H2SO4和NaOH溶液调节pH分别为2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0,再分别加入0.08 g高铁酸钾进行反应10 min。pH对活性艳蓝KN-R去除率的影响如图1所示。由图1可见,当pH为4.0～10.0时,染料的脱色率可达到94%以上,而COD去除率可达到65%以上,pH为4.0时,活性艳蓝KN-R表现出了最佳的去除效率。当pH为2.0和12.0时,染料的脱色率和COD去除率均较低。这可能是因为:高铁酸钾在pH低于2.0的酸性溶液中虽然氧化性增强,但是高铁酸钾不稳定,易分解;而在pH高于12.0的碱性溶液中虽然高铁酸根离子更稳定,但其氧化能力降低。最佳反应pH为4.0。

图1 pH对活性艳蓝KN-R降解的影响

2.2 反应时间对活性艳蓝KN-R降解的影响

取100 mL,80 mg/L的活性艳蓝KN-R,调节溶液的pH为4.0,在磁力搅拌的条件下加入0.06 g高铁酸钾进行反应。反应时间对活性艳蓝KN-R降解的影响见图2。随着反应时间的增加,活性艳蓝KN-R脱色率及COD去除率快速上升,0～10 min内,染料脱色率及COD去除率变化最大,10～20 min内仍有少量降解,当反应时间超过20 min后则趋于平缓。最佳的反应时间为10 min。

图2 反应时间对活性艳蓝KN-R降解效果的影响

对于100 mL,80 mg/L的活性艳蓝KN-R,调节溶液的pH为4.0,在磁力搅拌的条件下加入0.06 g 高铁酸钾进行反应,不同时刻反应液的可见吸收光谱如图3所示。从图3可以看出,活性艳蓝KN-R在592 nm处的特征吸收峰随着反应时间的增加而逐渐降低直到消失,染料溶液由蓝色逐渐变为无色而达到脱色的目的,说明染料分子中的共轭发色基团遭到高铁酸钾的破坏。

图3 不同时刻染料溶液的可见吸收光谱图

2.3 染料初始质量浓度对活性艳蓝KN-R脱色率的影响

取100 mL的活性艳蓝KN-R,改变活性艳蓝KN-R的初始质量浓度,调节溶液的pH为4.0,在磁力搅拌的条件下加入0.06 g 高铁酸钾进行反应,得到活性艳蓝KN-R脱色率与活性艳蓝KN-R初始质量浓度的变化关系如图4所示。在所研究的染料初始质量浓度范围内,随着染料初始质量浓度的增加,活性艳蓝KN-R的脱色率降低。当活性艳蓝KN-R的初始质量浓度为20 mg/L,活性艳蓝KN-R脱色率最高。这可能是因为当活性艳蓝KN-R质量浓度增加时,单位体积内的活性艳蓝KN-R分子数增加,但相同条件下高铁酸根离子的分子数不变,这部分高铁酸根分子的数量不足以使增加的活性艳蓝KN-R分子按照较低质量浓度的脱色率降解,因此活性艳蓝KN-R质量浓度增加时,其脱色率反而降低。

图4 染料初始质量浓度对活性艳蓝KN-R脱色率的影响

2.4 高铁酸钾投加量对活性艳蓝KN-R降解的影响

取100 mL,20 mg/L的活性艳蓝KN-R,调节溶液的pH为4.0,分别投加0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12 g高铁酸钾,反应10 min。高铁酸钾投加量对活性艳蓝KN-R降解的影响如图5所示。当活性艳蓝KN-R质量浓度一定时,随高铁酸钾投加量的增加,溶液中可氧化活性艳蓝KN-R分子的高铁酸钾数量增加,从而导致活性艳蓝KN-R去除率升高。当高铁酸钾投加量为1.0 g/L时,活性艳蓝KN-R脱色率和COD去除率达到最高,脱色率和COD去除率分别为99.5%和76.8%。当高铁酸钾投加量高于1.0 g/L时,脱色率和COD去除率没有增加反而有所降低。因此,高铁酸钾最佳投加量为1.0 g/L。

图5 高铁酸钾投加量对活性艳蓝KN-R降解效果的影响

3 结 论

(1)高铁酸钾在pH为4～10的范围内可以很好地降解活性艳蓝KN-R。

(2)高铁酸钾降解活性艳蓝KN-R的最佳反应条件为:pH 4.0,初始质量浓度为20 mg/L,高铁酸钾投加量为1.0 g/L,反应时间为10 min。在最佳条件下,活性艳蓝KN-R完全脱色,脱色率和COD去除率分别为99.5%和76.8%。

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