EDTA络合亚铁离子活化过硫酸盐降解罗丹明B

2020-12-21李江赵鹏龙

安徽化工 2020年6期

关键词：罗丹明硫酸钠硫酸盐

李江，赵鹏龙

（太原工业学院化学与化工系，山西太原030008）

本论文采用EDTA 络合二价铁离子来活化过硫酸盐，产生硫酸根自由基以降解罗丹明B，为染料废水的处理提供一定的研究基础。

1 实验部分

1.1 药品和仪器

过硫酸钠，AR，国药集团化学试剂有限公司；乙二胺四乙酸二钠，AR，天津市申泰化学试剂有限公司；硫酸亚铁铵，AR，国药集团化学试剂有限公司；罗丹明B，AR，天津市光复精细化工研究所；硫酸，AR，国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钠，AR，国药集团化学试剂有限公司。

85-2型恒温磁力搅拌器，常州国华电器有限公司；722S 型可见分光光度计，上海棱光技术有限公司；TU-1901 型双光束紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司；FA2104型电子分析天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

（1）EDTA络合亚铁溶液的配制

将等物质量的硫酸亚铁铵与EDTA溶于水中，配制成0.05 mol/L[FeY]2-溶液。

（2）罗丹明B降解实验

在一定浓度的罗丹明B 溶液中加入计量的[FeY]2-溶液以及Na2S2O8溶液，通过恒温磁力搅拌器进行搅拌，间隔一定时间取样，测定罗丹明B（λmax=554 nm）的吸光度值，计算降解率来探讨其降解效果。

式中：A0-溶液初始的吸光度；At-t时刻溶液的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 对照实验

100 mL、10 mg/L 的罗丹明 B 中分别加入：①1 mol/L Na2S2O8溶液 0.1 mL；② 0.05 mol/L Fe2+0.1 mL 和 1 mol/L Na2S2O8溶液0.1 mL；③0.05 mmol/L [FeY]2-0.1 mL和1 mol/L Na2S2O8溶液0.1 mL。探究在单一Na2S2O8体系、Fe2+活化过 Na2S2O8和[FeY]2-活化过Na2S2O8体系下降解罗丹明B对降解效果的影响。实验结果如图1所示。

比较图1的三种反应体系，看出单一过硫酸钠本身即是氧化剂可以氧化降解罗丹明B，加入后Fe2+降解率提高，但是反应10 min时降解率基本达到最大值，后期基本维持在一个定值，说明Fe2+可以活化过硫酸钠，获得以提高氧化性，但是由于Fe2+的强还原能力很快被Na2S2O8氧化，而失去活化能力，所以降解率基本处于一个定值。EDTA络合亚铁离子活化过硫酸钠体系，降解效果优于Fe2+-Na2S2O8体系，[FeY]2-能够逐步释放Fe2+不断活化过硫酸盐产生自由基，以持续提高罗丹明B溶液的降解率。从图1还可以看出，降解反应在60 min达到平衡，以后实验中反应时间均为60 min。

图1 对照实验

2.2 过硫酸盐浓度的影响

100 mL、10 mg/L 的罗丹明B 溶液，固定[FeY]2-的浓度为1 mmol/L，加入不同量过硫酸钠溶液，罗丹明B 溶液降解效果如图2所示。

由图2 可知，增大过硫酸盐浓度，罗丹明B 的降解率在整个反应过程中呈现出先快速增加之后逐步放缓的趋势。当过硫酸盐浓度为4 mmol /L 时，罗丹明B 的降解率达到最高值，为78.8%。过硫酸盐浓度的增大会导致体系中活性物质的增加，进而提高罗丹明B的降解率。但图2显示，在过硫酸盐浓度大于4 mmol /L后，溶液降解率降低，在一定范围内，Na2S2O8浓度越高，产生的越多，对染料的降解效果越好，但当Na2S2O8浓度过高时，过硫酸盐会与发生反应，从而抑制了染料的降解[6]，故而选取过硫酸盐最佳浓度为4 mmol/L。

图2 过硫酸钠浓度对降解率的影响

2.3 催化剂用量的影响

在100 mL、10 mg/L罗丹明B溶液中，固定过硫酸钠溶液的浓度为4 mmol/L,改变[FeY]2-用量，考查催化剂用量对罗丹明B降解效果的影响，结果如图3所示。

图3 催化剂用量对降解率的影响

由图3 可以看到，开始罗丹明B 的降解率随着[FeY]2-的加入而增大，[FeY]2-浓度从0.5 mmol/L 增加到2 mmol/L，降解率从58.5%提高到88.6%，继续加入[FeY]2-反而降解率出现下降。这是因为如果[FeY]2-的数量太多，溶液里会出现大量的而 Fe2+会参与到竞争的过程中来，再者还会出现自行淬灭的情况，使得一部分自由基被破坏，导致了罗丹明B 降解率降低[7]，所以[FeY]2-的最佳用量为2 mmol/L。

2.4 溶液初始pH值的影响

100 mL、10 mg/L罗丹明B溶液调节其pH，加入浓度分别为4 mmol/L、2 mmol/L的Na2S2O8和[FeY]2-溶液，考查pH值对罗丹明B降解率的影响，结果如图4所示。

图4 溶液初始pH值对降解率的影响

由图 4 可以看出，pH 值为 3～7，罗丹明 B 降解率均在 85%以上，且pH 值越小，降解率越高。pH 值为3 时，降解率最高，为 97.2%。pH=7 时，罗丹明 B 的降解率为88.6%。在碱性条件下罗丹明B 的降解率降低，主要原因是酸性条件有利于Fe（Ⅱ）的生成，碱性条件时Fe（Ⅱ）会与过量的OH-形成化合物，如Fe（OH）2+，Fe（OH）3+，Fe（OH）3，Fe（OH）4-，使溶液中游离Fe2+浓度减小，而这些化合物对过硫酸盐的活化作用很小，只能产生很少的从而使罗丹明B的降解效果变差[8]。

2.5 反应温度的影响

100 mL、10 mg/L 罗丹明 B 溶液，加入浓度分别为 4 mmol/L、2 mmol/L 的 Na2S2O8和[FeY]2-溶液，改变反应温度以探究在降解罗丹明B 的过程中体系反应温度对降解效果的影响，结果如图5所示。

图5 反应温度对降解率的影响

从图5看出，升高温度，罗丹明B的降解效果增强，这是因为温度上升，使得分子的运动速度加快，进而提高反应物分子间的碰撞速率，容易达到激发过氧基-OO-键断裂所需的活化能，过氧基-O-O-键就越容易断裂，产生的就越多，降解的速率也随之增加[9]。但当温度为50℃～60℃时，罗丹明B的降解率并没有明显提高。可能是因为反应物前期消耗得太快，随着反应物浓度减少，温度对反应的速率影响就不太大。同时由于体系的反应已经达到了极限，温度的升高只会缩短反应时间，并不会使体系中的降解率增加。升高温度对罗丹明B的降解有促进作用，可以得出的结论是这种反应的过程是吸热反应。