类Fenton反应[Fe（Ⅲ）/H2O2]强化污染物的光降解

摘  要：本实验是以紫外灯为光源， 以亚甲基蓝染料废水为研究對象， 对Fe（III），H2O2组成类Fenton体系中Fe（III）的浓度，H2O2的浓度，光照条件对染料降解速率的影响分别进行了探索研究。结果表明引入光照和H2O2对亚甲基蓝溶液的降解速率有很大提升，同时Fe（III）具有强化H2O2氧化染料能力的作用。

关键词：类fenton反应;染料降解;光催化

中图分类号：X703         文献标识码：A        文章编号：1671-2064（2019）24-0000-00

0引言

活性染料因其色泽鲜艳、水溶性好、技术简单等特点被广泛应用于印染工业，但活性染料废水目前排放量大，成分复杂、化学结构稳定不易分解、色度深、有毒、可生化性差，因而处理难度较大。随着国家废水排放标准的不断提高，常规生物处理已很难满足要求，如何高效深度的处理染料废水受到了越来越多的关注。[1]亚甲基蓝作为活性染料废水中常见污染物的一种，本文以它作为代表性活性染料污染物进行研究。

目前印染废水的深度处理方法主要有吸附法、混凝沉降法、萃取法、高级氧化法、生物法、膜分离法等。[2]我们选择的Fenton催化氧化法是高级氧化法的一种，凭借着较强的氧化能力、较高的处理效率、温和的反应条件、灵活的应用以及较为低廉的成本在工业废水处理中有着广泛的应用。[3]

传统 Fenton 体系中，Fenton试剂在黑暗中就能降解有机物，节省了设备投资亚铁离子和过氧化氢反应降低了过氧化氢的利用率导致·OH产率低，当亚铁离子浓度过高时会导致水质带有颜色。在异相类 Fenton 体系中引入光照，可促进反应体系中铁离子的循环，提高 H2O2的利用率和反应速率，使有机物被降解得更加彻底。[4]

以Fe（III）替换Fe（Ⅱ）作为类Fenton 氧化催化反应的催化剂，由于Fe3+和紫外线对H2O2的催化分解存在协同效应Fe（III）与水中的OH复合离子可以直接产生氢基自由基·OH，并产生Fe（II），Fe（II）可继续与H2O2反应生成·OH，使染料废水中的有机物更快速的被氧化降解有着成本较低，更为稳定的优势。[5]

本研究以亚甲基蓝溶液作为研究对象，考察了Fe（III）和H2O2不同浓度的情况下对光-Fenton体系处理亚甲基蓝模拟的染料废水的影响，确定了最优反应条件，并对UV-类Fenton体系的反应机理进行了初步探讨。

1研究过程

1.1 实验材料和仪器

（1）试剂：NaOH，浓盐酸，亚甲基蓝，蒸馏水，氯化铁，双氧水。

（2）仪器：紫外-可见分光光度计（岛津公司，型号：756PC），pH计（METTLER TOLEDO），光催化系统（自制），烧杯，冰箱，容量瓶，移液枪（eppendorf 规格：100μL、200μL、1000μL），洗瓶，石英比色皿（光亮高科）。

1.2 实验方法

1.2.1绘制亚甲基蓝废水标准曲线（A-C工作曲线）

注：亚甲基蓝溶液在ph=3.0的时候在波长为664nm时吸光度最高。

首先配制浓度C分别为0， 2， 4 ， 6 ， 8 ， 10 mg/L的亚甲基蓝溶液，然后用分光光度计扫描，确定污染物吸收峰位置，分光光度计测定在这一波长下（664nm）不同浓度的亚甲基蓝溶液的吸光度A，测定一系列已配置的浓度C溶液的吸光度A，作出A-C工作曲线。

1.2.2光-Fenton反应促进亚甲基蓝催化降解实验

首先，配置C=10ppm的亚甲基蓝溶液用来模拟染料废水，取样100mL放入烧杯中，通过向溶液中添加HCl和NaOH的方式将染料溶液的pH调节至3.0。分别加入一定量的Fe（III）和H2O2，打开紫外灯管，经过一定时间分别取样测定亚甲基蓝的降解率。对光催化氧化处理前后的染料溶液样品进行光谱测试，并对反应前后样品的紫外-可见光谱进行对比分析。

保证其他反应条件不变，改变H2O2 用量，参照亚甲基蓝溶液的标准曲线得到反应前后亚甲基蓝溶液的浓度，计算降解率，分析Fenton 催化氧化法对废水中亚甲基蓝降解率的影响。

通过测定光照前后溶液的吸光度值，参照亚甲基蓝溶液的标准曲线，得到反应前后亚甲基蓝溶液的浓度，通过下列公式计算亚甲基蓝溶液的降解率R：

R=[（C0-Ct）/C0]×100%

（其中：C0是光照前亚甲基蓝溶液的初始浓度，Ct是光照后亚甲基蓝溶液的浓度）

2 结果与讨论

（1）亚甲基蓝染料废水在 pH =3.0，紫外光照射的条件下反应50min，见图2。

由图1、图2可知，亚甲基蓝染料废水在 pH =3.0，紫外光照射的条件下反应50min，降解率极低，说明在亚甲基蓝溶液中加入H2O2，引入紫外光可以显著提升降解效果。

（2）在亚甲基蓝染料废水 pH =3.0时，分别在C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0228ppb; C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0576ppb;C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb;C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0576ppb四个反应条件下在紫外线灯光照条件下反应15min，见图3。

如图3所示在反应15min结束时以C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0576ppb为条件的体系降解率最高，效果最好，到达了98.70%，与之做对比的以C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0228ppb为条件的体系，降低了H2O2的浓度，从数据上看其反应速度整体慢于C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0576ppb为条件的体系， C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0576ppb为条件的体系反应5min时降解率为95.00%，而以C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0228ppb为条件的体系反应5min时降解率仅达到80.70%。

以C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0576ppb為条件的体系和以C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb为条件的体系对比，降低了Fe（III）的浓度，数据比较没有大范围变化但以C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0576ppb为条件的体系的整体反应速度还是大于以C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb为条件的体系。综上说明H2O2的浓度对于反应降解率的影响大于Fe（III）的浓度对反应降解率的影响。

（3）在亚甲基蓝染料废水 pH =3.0时，一组在C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0228ppb;C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0213ppb的条件下在紫外光灯下反应15min。另一组在C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0228ppb;C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0213ppb的条件下，在没有紫光光照射的情况下反应15min，见图4。

在亚甲基蓝染料废水 pH =3.0时，一组在 C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0576ppb;C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb的条件下在紫外光灯下反应10min。另一组在C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb;C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0576ppb的条件下，在没有紫光光照射的情况下反应10min，见图5。

如图4所示，在Fe（III）的浓度偏高时光照条件对实验结果影响不大，而当Fe（III）浓度减小，H2O2的浓度增加，如图5所示，光照条件下反应的体系降解率均大于未光照条件下的体系。综上所述，光照条件对H2O2分解影响比较大。

（4）在亚甲基蓝染料废水 pH =3.0时，在 C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.00288ppb;C（Fe（III））=0.0618ppb，C（H2O2）=0.0228ppb的条件下在没有紫外光灯的照射下反应25min，见图6。

由图6可知，当Fe（III）的浓度较高时，体系降解率较大，H2O2的分解较快，说明Fe（III）具有强化H2O2氧化能力的能力。

3结论

（1）在亚甲基蓝溶液中加入H2O2，引入紫外光有明显强化降解效果;（2）Fe（III）具有强化H2O2氧化降解污染物的能力;（3）H2O2的浓度变化对于反应降解率的影响较大;（4）在 C（Fe（III））=0.308ppb，C（H2O2）=0.0231ppb 紫外光照的条件下亚甲基蓝的降解效果最好。

4创新点与展望

本研究采用Fe（III）/H2O2紫外光照体系来降解亚甲基蓝溶液，Fe（III）的引入克服了传统芬顿体系中Fe（II）易被氧化失效而需要补充Fe（II）维持反应的高效进行，Fe（III）在紫外光照条件下，可以生成Fe（II），进一步催化H2O2分解，产生·OH促进污染物的降解，实验结果验证了Fe（III）具有强化H2O2氧化降解污染物的能力。UV-Fe（III）/H2O2光催化活性强，具有很好的工程应用潜力。

参考文献

[1]陈益宾，王绪绪，付贤智，等.偶氮染料刚果红在水中的光催化降解过程[J].催化学报， 2005，26（1）：37-42.

[2]陈斐.印染废水的Fenton及类Fenton处理技术[A].印染，2016（15）：51-53.

[3]董洪霞，杜钰玲，谢可超.改良Fenton法处理孔雀石绿印染废水的研究[J].上饶师范学院学报，2019，39（03）：61-65.

[4]张钰，何燕，邹彩琼，邓安平，赵小蓉，黄应平.铁锰矿类Fenton异相光催化降解有毒有机染料[J].2010，29（6）：1032-1037.

[5]冯柏林，梁继美，杜婷，王毅.Fenton法的反应机理及类Fenton法的应用[J].广东化工，2012，39（15）：21-22.

收稿日期：2019-11-15

作者简介：舒雪然，女，汉族，北京人。