超声波结合膨胀石墨及类芬顿试剂降解偶氮染料

岳冬梅杜霞李娟(河北师范大学汇华学院，河北石家庄050091)

0 引言

如何有效地分解对生态环境的危害十分严重的偶氮染料污染物废水，是废水处理领域以及环境保护领域的重要研究方向。偶氮染料废水的生物降解性特别差，如今传统的降解方法几乎无法使降解达标。但是人们通过超声化学发现了一种新的废水处理方法。此种方法是利用超声化学方法对工业废水中的有机污染物进行降解，特别是对使用正常方法无法降解的有机污染物。这种方法已经成为了废水处理的一个研究方向，经过全世界科学家的努力，这种方法已经有了进展。此外，由于此水处理技术机器设施设计简便、使用方法简单易懂、并且使用时安全清洁，超声化学分解法具有广阔的发展前景。

1 膨胀石墨用量的变化对体系降解效果的影响

对于一定量的酸性黑210溶液的处理方式，本次实验采用了超声协同膨胀石墨及类芬顿试剂降解法。只将膨胀石墨用量改变(分别为0.1g/L，0.2g/L，0.3g/L，0.4g/L)，但是类芬顿试剂用量不变，而其他的条件，包括实验条件与操作方法等外在因素也不进行改变，以此记录酸性黑210 的降解效果，可以看出膨胀石墨用量对效果的影响。根据记录可以看出酸性黑210的分解速率根据膨胀石墨用量的增加而加快。在膨胀石墨的用量从0.1g/L 增加到0.2g/L 后，酸性黑210的分解速率出现了一个较大的提高，而当膨胀石墨用量超过0.2g/L 以后，酸性黑210的分解速率提高并不多，趋于平衡。因此从记录中，可以看出，酸性黑210的分解速率增长最快的时候为膨胀石墨用量在0.1g/L～0.2g/L 时。而当膨胀石墨用量在0.3g/L～0.4g/L 时酸性黑210降解率没有产生太大的起伏。同时使膨胀石墨用量超过0.4g/L 后，对于酸性黑210的分解速率也没有太大的影响。所以从记录中可以得出以下结论：膨胀石墨对于酸性黑210的分解速率影响的最佳用量为0.2g/L。

2 过氧化氢投加量的变更对目标体系降解效果的影响

确定了膨胀石墨用量后，在酸性黑210的分解过程中添加少量过氧化氢。通过添加过氧化氢，可以看到酸性黑210的分解效率有了显著提高。由此可以得出结论，过氧化氢的施用量对酸性黑210的分解有很大的影响。当其他条件不变时，只改变过氧化氢的投放量，使用室温超声降解处理105min。随着过氧化氢投放量的增加，羟基自由基的生成速度和收率增加，分解速度增加。在过氧化氢的投放量为0.4m l(2.72g/L)时，分解效果良好。当剂量增加时，酸性黑210 的分解速度并没有明显增加。因此，为了减少过氧化氢消耗量，控制实验成本，本次实验测定了0.4m l(2.72g/L)的过氧化氢为最佳用量。当膨胀石墨的添加量为0.2g/L 时，为了达到最佳分解效果，氧化剂的用量为2.72g/L。在膨胀石墨的最佳添加量下，过氧化氢的分解被完全利用，氧化剂被消耗得更充分。降解率为89.72%，显示出较高的降解率。

3 变更超声功率对目标体系降解效果的影响

本次目标体系的降解率根据超声功率的提高，也增加了降解率。根据实验可以得到，当超声波功率被增加至500W 时，降解率达到巅峰。不过从控制实验的成本角度以及降解率的增幅曲线考虑，可以看出本实验的最佳降解超声波功率为400W，使用后降解率为95.96%。

4 溶液pH的变更对目标体系降解效果的影响

pH 值对于类芬顿系统有较大的影响，只有当pH 值在一个合适的数值时，才能有利于羟基自由基的生成。许多实验表明类芬顿反应体系在pH 值3～5的范围内达到了最高反应条件，此范围与有机物质的类型几乎无关[1，2]。数显酸度计显示的原始溶液的pH 值约为6。观察酸性黑分解速度的快慢，本次实验在pH=2～6的范围内进行调查，当酸性黑分解速度最大，可以看到此时的pH值为3。通过翻阅大量实验数据可以得出，pH 值小于6时，生成大量的羟基自由基，有利于物质的分解。但是，将pH值设定为3时，羟基自由基的生成没有进一步增加，物质的分解速度降低。因此，初始溶液的pH 值过高或过小，对于酸性黑210的分解都有不利之处，只有当其pH 值为3时，可获得最大的降解率。

5 高氯酸铁投加量变更对类芬顿氧化效果的影响

使用10mg/L 浓度的高氯酸铁溶液，其他条件不变，将高氯酸铁作为单一变量进行控制。高氯酸铁的加入量分别为0.13g/L、0.17g/L、0.25g/L、0.5g/L、1g/L。Fe3+的水解随着高氯酸铁的加入量增加，而Fe3+的水解，对于羟基自由基的产生速度和产量有着直接的影响。随着给药量的增加，降解率明显增加。根据最终的实验数据，高氯酸铁的最佳施用量为0.5g/L。

6 草酸铵的投加量对体系降解效果的影响

使用浓度为0.1g/L的草酸铵溶液，使其他条件不变，将草酸铵溶液作为单一变量进行控制。草酸铵溶液添加量分别为0g/L、0.13g/L、0.17g/L、0.25g/L、0.50/L。利用超声波在室温下分解105m in，用紫外可见分光光度计检测酸性黑210溶液浓度。将草酸铵设定为0～0.25g/L时，降解率较高，变化较小。将草酸铵设定为0.5g/L 时，降解率达到峰值。因此，草酸铵0.5g/L 分解效果最良好。络合物可以影响染料的降解效果，而此络合物由草酸铵作为络合剂和三价铁离子形成。

7 结语

本论文的研究主要围绕着超声结合其他方法在降解偶氮类染料污染物的效率上比较展开考察，确定了最佳降解条件，并研究探讨了降解机理。本论文初步摸索偶氮染料废水的创新降解技术，为今后工业染料废水的降解处理提供理论依据和实验基础。具体来讲，取得了以下几方面的成果：

本论文通过超声波，将偶氮染料污染物质的分解与其他方法进行结合，针对酸性黑210溶液的降解率，明确了最佳降解条件，同时对降解机理进行了钻研。研究了偶氮染料废水的创新分解技术，提供切实理论基础和实验基础，使得此技术工业化有了基础。具体取得了以下成果：

(1)本次实验采用的方法为正交实验法，最终得到了优质无硫膨胀石墨，膨胀容积是260m L/g。

(2)对于分解偶氮染料污染物的超声结合降解方法有了基本的了解，并得到了初步总结的方法：超声协同膨胀石墨及类芬顿试剂降解法。

(3)本次实验使用超声协同膨胀石墨及类芬顿试剂降解法，实验溶液为酸性黑210，酸性嫩黄，弱酸性兰。本次实验得到了最佳的降解条件，并且通过计算获得了此条件下的最佳降解率。