无机阴离子对CuO-H2O2氧化活性艳红X-3B废水的影响

周凌云,黄国龙

（河南科技学院,河南新乡453003）

无机阴离子对CuO-H2O2氧化活性艳红X-3B废水的影响

周凌云,黄国龙

（河南科技学院,河南新乡453003）

以活性艳红X-3B为模拟底物,研究了废水中存在的不同种类的无机阴离子对CuO-H2O2体系氧化降解艳红废水的影响效果及机制.结果表明：CuO-H2O2体系能高效彻底氧化活性艳红X-3B,30 min反应时间内活性艳红X-3B氧化降解率可高达99%；不同种类的无机阴离子对氧化降解效果有不同影响,HCO3-的存在较大促进了活性艳红X-3B的氧化降解,HPO42-的存在则明显抑制了CuO-H2O2体系对活性艳红X-3B的氧化效果, NO3-、Cl-、SO42-的存在对活性艳红X-3B的氧化影响不大.

无机阴离子；CuO-H2O2；活性艳红X-3B

非均相催化氧化技术由于其能够有效降解有毒、难降解的有机污染物,催化剂易分离且可循环使用,与Fenton体系氧化剂利用率低、含Fe2+试剂的加入会引入色度、催化剂很难重复利用等缺点相比[1],这些优点使非均相催化氧化技术成为一种处理有机废水的颇有竞争力的方法.目前所使用的非均相催化剂大多使用MnO2、TiO2、Fe2O3、NiO和CuO等过渡金属氧化物[2].其中的CuO固相催化剂可以激发H2O2产生·OH而有效降解有机污染物[3].但已报道的催化剂多在高温高压或光辅助催化等条件下才可有效降解有机污染物[4].作者选用活性艳红X-3B为目标物,考察CuO在温和条件下通过激发H2O2产生·OH降解染料废水的能力,发现CuO-H2O2能高效氧化活性染料X-3B.然而,在印染废水中,除含有大量有机污染物外,还常含有一定浓度的无机阴离子.已有研究结果表明,共存无机阴离子对H2O2分解和有机物降解影响较大[5-6].因此,有必要对水中无机阴离子的存在对CuO-H2O2体系降解有机污染物的影响开展进一步研究.本试验对比研究了5种常见无机阴离子HPO42-、HCO3-、NO3-、Cl-和SO42-存在的情况下, CuO-H2O2体系对活性染料氧化的影响及机理,以期为该类非均相催化氧化技术在废水处理方面得到更好的应用提供一定的理论依据.

1 试验材料与方法

1.1 试验仪器与化学试剂

TU-1901紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）、pH计（上海雷磁仪器厂）、恒温水浴锅.CuO、30%H2O2、NaHCO3、NaCl、Na2HPO4、Na2SO4、NaNO3等,均为分析纯.活性艳红X-3B为市售工业用商品染料.

1.2 试验方法

所有实验在正常实验室灯光下进行.配制活性艳红X-3B模拟废水（c=100 mg/L）200 mL于250 mL锥形瓶中,加0.4 g CuO及阴离子试剂后,用HCl或NaOH调pH至5.0±0.05,放入70℃恒温水浴锅内,迅速加入4 mL 30%的H2O2,搅拌计时.隔时取样,取出2.5 mL样品,用2.5 mL水终止反应,用0.45μm滤膜过滤反应样品,对滤后样品进行分析.

1.3 分析方法

活性艳红X-3B浓度分析采用分光光度计测定,特征波长为525 nm.

2 结果与讨论

2.1 CuO-H2O2催化氧化活性艳红X-3B

考察CuO-H2O2对活性艳红X-3B的催化氧化机理,比较单加CuO、H2O2和CuO-H2O2的效果,结果见图1.

图1 CuO-H2O2催化效应Fig.1 Catalytic effects ofCuO-H2O2

由图1可以看出,在单独添加CuO或H2O2的情况下,X-3B浓度降低并不明显,降解率仅20%左右.从实验现象中可以观察到但应溶液红色不消褪,而在同时添加CuO和H2O2两种物质的情况下,溶液的红色迅速消褪,15 min后溶液变为无色,20 min以后氧化去除率可达99%,表明CuO-H2O2共存体系是依靠CuO催化H2O2产生·OH来实现对底物X-3B的氧化.

2.2 无机阴离子的影响

2.2.1 HCO3-的影响分别加入0、10、20 mmol/L的NaHCO3,考察HCO3-对X-3B分解的影响,结果如图2所示.

图2 HCO3-对活性染料X-3B去除的影响Fig.2 Influences ofHCO3-on X-3B removal

由图2可知,HCO3-对CuO-H2O2体系氧化X-3B影响显著,分析其原因可能是HCO3-的存在促进了H2O2的分解,加大了体系中·OH的量.当HCO3-浓度为10 mmol/L与20 mmol/L,X-3B被氧化的速度变化不明显. 2.2.2 Cl-的影响分别加入0、10、20 mmol/L的NaCl,考察对艳红分解的影响,结果如图3所示.

图3 Cl-对活性染料X-3B去除的影响Fig.3 Influences ofCl-on X-3B removal

由图3可知,Cl-的加入同样对X-3B降解的影响较小,且随其浓度变化微弱.

2.2.3 HPO42-的影响分别加入0、10、20 mmol/L的Na2HPO4,考察HPO42-对X-3B分解的影响,结果如图4所示.

图4 HPO42-对活性染料X-3B去除的影响Fig.4 Influences ofHPO42-on X-3B removal

由图4可知,HPO42-能明显降低X-3B分解速率.其原因可能是,HPO42-能明显抑制H2O2分解[7].此外,HPO42-能够消除·OH,也会降低体系对X-3B的氧化效果[8].HPO42-浓度为10 mmol/L X-3B分解速率较20 mmol/L的无明显变化.

2.2.4 NO3-的影响分别加入0、10、20 mmol/L的NaNO3,考察NO3-对艳红分解的影响,结果如表图5所示.

图5 NO3-对活性染料X-3B去除的影响Fig.5 Influences ofNO3-on X-3B removal

由图5可知,NO3-对CuO-H2O2体系催化H2O2有较弱的促进作用,在本试验浓度范围内,阴离子浓度对其影响不大.

2.2.5 SO42-的影响分别加入0、10、20 mmol/L的Na2SO4,考察SO42-对H2O2分解的影响,结果如图6所示.

图6 SO42-对活性染料X-3B去除的影响Fig.6 Influences ofSO42-on X-3B removal

由图6可知,SO42-对CuO-H2O2体系催化H2O2有较弱的促进作用,在本试验浓度范围内,与其浓度关系不大.

2.2.6 不同无机阴离子影响对比为对照不同阴离子对催化氧化体系的影响程度及机制,对照不同离子及不同加入浓度对X-3B去除的影响.分别加入0、10、20 mmol/L的Na2SO4、NaNO3、Na2HPO4、NaCl、NaHCO3、NaNO3进行对比实验,结果如图7所示.

图7 不同阴离子对活性染料X-3B去除的影响Fig.7 Influences ofinorganic anions on X-3B removal

由图7可知,不同阴离子对艳红分解呈现如下规律：HCO3-加速X-3B分解,HPO42-抑制X-3B分解, Cl-、NO3-、SO42-对X-3B分解影响不大.

3 结论

（1）CuO是处理有机废水的一种高效的非均相催化剂,与H2O2共存时能够快速彻底矿化底物,无二次污染.

（2）CuO-H2O2共存体系是依靠CuO催化H2O2产生·OH来实现对底物的氧化,单独添加CuO或H2O2的情况下均不能有效降解活性艳红X-3B.

（3）无机阴离子通过影响氧化剂H2O2的分解而影响对底物的氧化效果,HCO3-的存在促进了H2O2的分解而对X-3B氧化有利；HPO42-通过抑制H2O2分解实现对X-3B的氧化抑制；而Cl-、NO3-、SO42-的存在对X-3B的氧化影响不大.

[1]张涛,陈忠林,马军,等.水合氧化铁催化臭氧氧化去除水中痕量硝基苯[J].环境科学,2004,25（4）：43-47.

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（责任编辑：卢奇）

Influences of inorganic anions on oxidation of reactive brilliant red X-3B by CuO-H2O2

Zhou Lingyun,Huang Guolong
（Henan Institute ofScience Technology,Xinxiang,Henan 453003）

Reactive brilliant red X-3B was selected as a model pollution substrate．The influences and mechanism of inorganic anions on its oxidation were investigated in neutral solution at low temperature and atmospheric pressure．Results showed that reactive brilliant red X-3B could be removed efficiently by CuO and H2O2with 99%removal rate in 30 min．Inorganic anions influenced the oxidation with different mechanisms．HCO3-was good at reactive brilliant red removal．HPO42-inhibited the reactive brilliant red oxidation by retarding the H2O2decomposing．NO3-、Cl-and SO42-had few influences on H2O2decomposing and reactive brilliant red removal．

inorganic anions；CuO-H2O2；reactive brilliant red X-3B

X703.1

A

1008-7516（2012）05-0101-05

10．3969/j．issn．1008-7516．2012．05．023

2012-09-06

河南科技学院大学生课外科技活动创新基金项目资助（201108036）

周凌云（1980-）,女,河南新乡人,硕士,讲师．主要从事环境中有机污染的降解与毒理研究．