微波辐照活性炭法处理罗丹明B废水的研究

2018-09-03李江张翠红陈志敏太原工业学院化学与化工系山西太原030008

安徽化工 2018年4期

李江，张翠红,陈志敏（太原工业学院化学与化工系，山西太原030008）

印染企业排放大量难处理废水，对环境造成了严重污染[1]。目前微波技术由于快速高效、设备简单、占地面积小等优点，已经成为处理污染物的研究热点之一[2]。在微波场中,活性炭能有效地吸收微波能量,使得活性炭表面产生一些“热点”,这些“热点”的能量比其他部分高得多,当废水中的有机物被吸附到这些热点附近时就可能被催化氧化而降解[3]，微波联合活性炭处理废水的方法已经成为一种废水处理的新型方法，国内有很多作者开展了这方面的研究，如王国媛等[4]研究了微波诱导活性炭催化处理酸性靛蓝废水；王金成等[5]利用微波辐射处理活性艳蓝KN-R染料溶液；董磊等[6]利用微波协同活性炭法处理蒽醌类偶氮染料废水；彭丽[7]研究了微波活性炭法处理酸性红88废水及其机理。而对于微波处理罗丹明B废水的研究未见报道。本文以罗丹明B为模拟废水，探讨了微波活性炭共同作用下的降解效果。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

WBFY-205微波化学反应器（天津科诺仪器设备有限公司）；722s分光光度计（上海棱光技术有限公司）；85-2恒温磁力搅拌器（常州国华电器有限公司）；FA2104分析天平（上海舜字恒平科学仪器有限公司）；LD24-0.8离心机（北京医用离心机厂）。

罗丹明B（生物染色剂，天津市光复精细化工研究所），柱状活性炭（新华牌）。

1.2 实验方法

（1）活性炭预处理：将柱状活性炭置于去离子水中浸泡煮沸2 h，过滤去除可溶性杂质，置于烘箱中120℃烘5 h，烘干后密封干燥保存。

（2）于250 mL圆底烧瓶中加入100 mL一定浓度的罗丹明B溶液和一定量的活性炭，置于微波反应器中，接回流装置，选择一定的功率和时间使之反应，定时移取少量溶液冷却至室温，离心分离出清液，测定清液的吸光度值，按下式计算罗丹明B溶液的脱色率：

式中：A0-处理前溶液吸光度；A-处理后溶液吸光度。

2 结果与讨论

2.1 三种不同工艺下罗丹明B脱色的对比研究

分别取100 mL 10 mg/L罗丹明B水样三份置于圆底烧瓶中，第一份直接置于功率为80%档的微波炉中，微波辐射10 min，第二份加入1 g活性炭，加热煮沸10 min，第三份加入1 g活性炭，80%档微波辐射10 min。三种工艺处理结果见表1。

表1 不同工艺下罗丹明B的脱色率

由表1可以看出，单独微波几乎没有效果，单独活性炭效果不明显，微波协同活性炭处理效果明显高于单独微波和单独活性炭处理，说明微波和活性炭具有协同作用。在微波场中，活性炭能有效吸收微波能量,使得活性炭表面产生一些“热点”,这些“热点”的能量比其他部分高得多,温度高达1000℃以上,当废水中的有机物被吸附到这些热点附近，就可能被催化氧化而降解，脱色率大大提高。

2.2 活性炭用量对脱色率的影响

取10 mg/L的罗丹明B溶液100 mL，微波功率80%档，辐射时间为20 min，加入活性炭用量（g）依次为：0.5、1.0、1.5、2.0、3.0 时，脱色率与活性炭用量的关系见图1。

图1 活性炭用量与脱色率关系

由图1可以看出，染料的脱色率随活性炭用量的增加而增大。当活性炭用量为1.5 g时，罗丹明B溶液的脱色率高达98%以上，继续增加活性炭用量，脱色率基本不变。因为染料浓度体积确定，染料分子的数量是一定的，染料分子开始随着活性炭的增加吸附量增加，活性炭用量到达一定程度，使染料在其表面吸附达到饱和，此时脱色反应达到平衡状态，脱色率也达到一定值。

2.3 微波辐照时间对脱色率的影响

100 mL 10 mg/L罗丹明B溶液中，加入1.5 g活性炭，微波功率 80%档，辐射时间（min）依次为：5、10、15、20、25、30时，脱色率与微波辐射时间的关系见图2。

图2 辐射时间与脱色率关系

由图2可以看出，微波辐照时间越长，罗丹明B与活性炭表面的“热点”接触的几率越多，罗丹明B脱色效果因此也越好，当辐射时间达到20 min时，脱色反应达到平衡状态，脱色率基本稳定，达到98.5%。

2.4 罗丹明B初始浓度对脱色率的影响

100 mL罗丹明B溶液中加入1.5 g活性炭，微波功率80%档，辐射时间20 min，罗丹明B浓度（mg/L）依次为：5、10、15、20时，脱色率与罗丹明B初始浓度的关系如图3所示。

图3 罗丹明B初始浓度与脱色率关系

图3显示随着罗丹明B初始浓度的增加，脱色率逐渐减小，10 mg/L的罗丹明B溶液脱色率可达到98.5%，25 mg/L脱色率仅为67%左右，这可能是因为随着浓度的增加吸附速率小于反应速率所引起的，即单位时间内，活性炭吸附到表面的罗丹明B量小于催化降解的量，活性炭表面不能形成足够的“热点”，从而导致活性炭吸附趋于饱和。