污水也能变清流

刘铭扬

随着我国印染行业的快速发展，印染废水的排放量急剧增大，已成为我国最主要的污染源之一。该类废水有机物含量高、色度大、成分复杂、毒性高、气味难闻以及无机盐浓度高（含盐量高达2%至15%），而且含有对微生物有毒害作用的中间体，难以进行微生物降解。

染料废水若直接排放到河流中，受污染的水体色度增大，与周围环境极不协调，不仅影响视觉美感，还影响河水的透光性，不利于水生植物的光合作用，水体溶解氧量下降，严重危害河流生态系统的平衡，造成生态灾难。所以该类废水的处理是一个亟需解决的问题。

罗丹明B是一种常见的有机污染物，又称玫瑰红B或碱性玫瑰精，俗称花粉红，是一种桃红色的人工合成染料。动物试验研究发现，罗丹明B会引起皮下组织生出肉瘤，被怀疑是致癌物质。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布了4类致癌物清单，罗丹明B在3类致癌物清单中，含有它的废水须被处理后方可排放。

近年来，UV/H2O2、光催化氧化、电化学氧化法等高级氧化处理工艺在处理有毒、有害废水方面得到了广泛的研究。由Fe2+和H2O2组成的Fenton 试剂作为一种强氧化剂，在废水处理中有着广阔的应用前景，但通常存在会产生铁泥和低脱色率等缺陷，关于类Fenton试剂处理染料废水的研究已有相关文献报道。

2018年暑假，我在华东理工大学参加了用芬顿法对罗丹明B水污染降解的实验，我使用自己做的含Cu催化剂降解被罗丹明B污染的溶液，最后用紫外分光光度计来测量溶液样本的吸光度，以判断罗丹明B是否被降解以及降解率是多少。

一、实验机理及水处理进展

1894年，法国化学家芬顿（Fenton）发现Fe2+可以催化H2O2降解有机物，后人为纪念他，将H2O2和亚铁盐的组合称为Fenton试剂。Fe2+与H2O2作用可以产生氧化能力仅次于氟的羟基自由基，因此Fenton反应体系特别适合处理高浓度、毒性大、难降解的有机废水。

1964年，人们首次使用Fenton试剂处理含烷基苯和苯酚的工业废水，并取得很好的处理效果，开创了采用Fenton试剂处理难降解有机物的先河。随后，人们在經典Fenton试剂的基础上发展出很多机理类似的类Fenton试剂，并用于处理各类难降解有机废水。

Fenton试剂通过催化分解作用产生羟基自由基，并氧化降解有机物，使其氧化为水和二氧化碳等无机小分子。

在Fenton反应过程中产生的羟基自由基不仅氧化性强，而且无选择性，因此广泛应用于处理各种可生化性差、难降解、危害大的有机废水，如染料废水、制药废水、垃圾渗滤液等。

传统的Fenton氧化工艺虽然能够较好地处理染料废水，但反应后溶液中会残留大量的铁离子，带来了二次污染。传统的Fenton反应过程中，H2O2的利用率低，因而处理成本居高不下。

为了克服以上缺点，提高催化剂再利用率，减少反应过程中产生的铁泥，人们设法将铁离子固定在载体上，使固相催化剂与H2O2组成非均相体系，用于处理难降解或有毒有机污染物。

由于非均相Fenton 体系不仅能在更广的pH值范围内进行氧化反应，而且固相催化剂更容易被分离，利用率得到了提高，并且避免了传统Fenton 反应过程中产生大量铁泥的缺点。因此，非均相Fenton体系成为最近几年的研究热点。

在过去的几年中，人们对无铁催化剂（包括锰、铈、金、铜、钌等）给予了高度关注。其中，Cu基类Fenton催化剂显示出卓越的氧化还原性能。

二、未来发展

在暑期的实验中，我体验了华东理工大学实验室含Cu催化剂的制备和废水处理的活性测评，发现这种一体化轻薄型催化剂对罗丹明B具有很好的降解性能，能使被罗丹明B污染的溶液褪色，罗丹明B去除率达到90%以上，且实验后分离催化剂十分方便。

新型的一体化催化剂具有压降低、传质传热好、易于塑形等优点，分离、回收容易，节约了操作成本。同时，也能高效降解部分有机物，pH适用范围广，适用于水处理系统。经过一系列的开发和改良，我相信它将具有很好的应用前景。