UV/Fenton/柠檬酸体系分解茜素红的研究

高 航，王金磊，马 威，邱金磊，李松田*

(1.平顶山学院，河南 平顶山 467000；2.河南省实验中学，河南 郑州 450002)

UV/Fenton/柠檬酸体系分解茜素红的研究

高 航1，王金磊2，马 威1，邱金磊1，李松田1*

(1.平顶山学院，河南 平顶山 467000；2.河南省实验中学，河南 郑州 450002)

以柠檬酸为活化剂，采用UV/Fenton法进行了降解茜素红溶液的实验。考察了Fe2+投加量、H2O2的投加量、pH值、底物浓度等对脱色率的影响。结果显示，UV/Fenton/柠檬酸体系对茜素红有较好的去除效果。在Fe2+的浓度为0.1g/L，30%H2O2的加入量4mL，pH值为3.5左右，反应时间为60min，茜素红去除率达到95%以上。

Fenton试剂；茜素红；催化氧化；柠檬酸

染料废水是几种难以治理的行业性废水之一，是我国水域的重要污染源，其水质成分复杂，色度、浊度、COD等指标高，处理达标率不高。传统的水处理工艺还存在着一些局限性。Fenton反应是一种高级氧化技术中被普遍认可的一种，与其它高级氧化工艺相比，具有反应快速、操作简单、成本低廉等优点。Fenton反应如果辅以其它处理技术，则会达到更为理想的效果。如光助-Fenton氧化法，化学絮凝-Fenton氧化联合处理法，连续式光助Fenton氧化-生化反应法，超声波/光Fenton联合法，微波辅助-光助Fenton氧化法等[1-4]，也有添加助剂的Fenton氧化法[5-6]。柠檬酸是一种三羧酸类化合物，在食品、化工、纺织、医药等领域用途广泛，还可用作除味脱臭剂、细菌抑制剂、烟气脱硫剂、清除有害金属、防止色素沉着等。在污染物的去除研究中，还被用作活化助剂。本课题设计了UV/Fenton/柠檬酸光催化反应体系，以茜素红为底物进行有机染料去除的实验。

1 实验部分

1.1 实验仪器

FA2004电子天平(上海方瑞仪器有限公司)，GHX-2光化学反应仪(扬州大学城科技有限公司)，梅特勒pH计(泉州市美邦仪器公司)，722分光光度计(上海仪电-分析仪器总厂)。

1.2 主要试剂

过氧化氢(30%)(分析纯，天津市北辰方正试剂厂)；硫酸亚铁(分析纯，焦作市丰大科技有限公司)；茜素红(分析纯，湖北康宝泰精细化工有限公司)；柠檬酸(分析纯，江苏歌得诺贝生物化工有限公司)。

1.3 实验方法

配制浓度为210mg/L茜素红溶液，稀释若干倍后加入反应瓶中，加入按要求配制的Fenton试剂，加入活化剂柠檬酸，测定溶液的初始吸光度A0。在400W高压汞灯下照射下进行光催化反应，每隔一定时间取样测定溶液的吸光度Ai，计算脱色率η。

η(%)=(A0-Ai)/ A0×100%

2 实验结果及分析

2.1 Fe2+浓度的影响

Fe2+是催化H2O2产生活性自由基·OH的必要条件。Fe2+浓度很高时，会有大量羟基自由基生成，部分·OH直接消耗Fe2+，从而使降解率降低。Fe2+浓度降低会影响·OH的产生量和产生速率。在适量Fe2+存在的情况下，H2O2分解出足量的·OH促使反应的进行。

在质量分数为30%的 H2O2用量0.5mL，反应时间为60min,其它条件不变的情况下，用0.5mol/L的HCl溶液和0.5mol/L的NaOH溶液调节溶液的pH值3.5左右，不同Fe2+(0.08g/L,0.09g/L,0.1g/L,0.12g/L)的浓度对脱色率的影响如图1所示。

(a) c Fe2+=0.10g/L；(b) c Fe2+=0.12g/L； (c) c Fe2+=0.09g/L，(d) c Fe2+=0.08g/L图1 Fe2+浓度对茜素红脱色率的影响

由此可知, Fe2+是影响脱色率的一个重要因素。实验中随Fe2+浓度增大，底物的脱色率加快，当Fe2+浓度达到0.1g/L时，茜素红的脱色率趋于稳定。本实验选用溶液Fe2+浓度为0.1g/L。

2.2 pH值的影响

在其它条件不变情况下，用0.5mol/L的HCl溶液和0.5mol/L的NaOH溶液调节溶液的pH值分别为：2.185、3.245、4.707和6.640，在反应时间为60min时，研究pH值对茜素红催化降解的影响。如图2所示。

(a) pH值2.185;(b) pH值3.425;(c)pH值4.707;(d) pH值6.640图2 pH值对茜素红脱色率的影响

pH值的变化直接影响到UV/Fenton的氧化能力。由图2可知，本实验中pH值在3.0到4.0之间时具有较高的降解效率，此时由于Fe2+和Fe(OH)2+促进了H2O2的分解，产生了大量的具有强氧化性的·OH，从而使茜素红氧化降解。茜素红随pH值增高，光降解速率呈下降趋势。本实验选用的pH值为3.5。

2.3 H2O2浓度的影响

在Fe2+的浓度为0.1g/L，反应时间为60min，其它条件不变情况下，用0.5mol/L的HCl溶液和0.5mol/L的NaOH溶液调节溶液的pH值3.5左右，不同H2O2的加入量(1mL-5mL)对茜素红降解率的影响如图3所示。

从图3可以看出，增加H2O2的投入量，体系的脱色率增大。本实验体系选用H2O2的加入量为4mL。

(a) 5mL；(b) 4mL；(c) 2mL；(d) 1mL图3 H2O2加入量对茜素红脱色率的影响

2.4 底物浓度的影响

在其它条件不变情况下，调节茜素红溶液稀释倍数(2倍、4倍、8倍、10倍)对茜素红降解率的影响如图4所示。

(a) 稀释10倍；(b) 稀释8倍；(c)稀释4倍；(d) 稀释2倍图4 底物浓度对茜素红脱色率的影响

由图4可知，随着样品溶液浓度的增加，茜素红的脱色率随之降低，可见体系对于有机染料的氧化降解程度是有限的，在一定的浓度下可以达到很好的脱色效果，在浓度很高时需要考虑吸附、滤膜等预处理手段。

3 结论

(1)实验结果显示UV/ Fenton /柠檬酸体系对于茜素红染料的处理是有效的，柠檬酸对光催化氧化具有促进作用。

(2)UV/Fenton/柠檬酸体系对于其它有机染料的去除效果尚待研究，在实际应用中需要根据具体情况选择处理手段。

[1] 尤克非,石健,张彦.超声波-Fenton法协同降解含表面活性剂SDS弱酸艳红染料废水的研究[J].广东化工,2014,41(1):98-99.

[2] 潘云霞,张大明,刘澜. 微波/Fenton联用处理垃圾渗滤液的研究[J].西南大学学报：自然科学版,2013(4) :157-161.

[3] 刘晋恺,时孝磊,胡洪营.制浆造纸废水絮凝/Fenton深度处理工程应用的技术经济性分析[J].中华纸业,2014(12) :10-13.

[4] 刘立明,李林,闪锟,等.非均相UV/Fenton光催化降解土霉异味研究[J].安徽农业科学,2012,40(4) :2154-2156.

[5] 马 威,李松田,高 梅.UV/Fenton/杂多酸体系光催化氧化结晶紫[J].平顶山学院学报,2009,24(2) :91-94.

[6] 高 航,马 威,薛景娇,等.UV/Fenton/柠檬酸体系光催化氧化孔雀石绿研究[J].化学世界,2010,51(10) :580-582.

(本文文献格式：高 航，王金磊，马 威，邱金磊，等.UV/Fenton/柠檬酸体系分解茜素红的研究[J].山东化工，2017，46(10)：185-186，189.)

Study of the Degradation of Alizarin Red by UV/Fenton /Citric Acid System

GaoHang1，WangJinlei2，MaWei1，QiuJinlei1，LiSongtian1*

(1.Pingdingshan University,Pingdingshan 467000，China;2.Henan Experimental High School,Zhengzhou 450002)

The degradation of alizarin red solution was conducted by UV/Fenton method with citric acid as activator. The effects of the dosage of Fe2+, the dosage of H2O2, pH and substrate concentration on the decolorization rate were investigated. It can be found that the degradation of alizarin red under UV/Fenton/critic acid system exhibited higher removal efficiency. The removal rate of alizarin red was above 95% when the concentration of Fe2+was 0.1 g/L, the dosage of 30% H2O2was 4 mL, the pH was about 3.5 and the reaction time was 60 min.

Fenton reagent; alizarin red; catalytic oxidation; critic acid

2017-03-20

河南省教育厅科学技术研究重点项目(14B150010)

高 航(1969—)，女，河南平顶山人，副教授，学士，主要从事环境科学研究。

O644.14;X703

A

1008-021X(2017)10-0185-02