铁改性膨润土类Fenton法降解罗丹明B的研究

王晓红，张俊英，王俊莲，孙莹莹，艾蜜蜜，李新莹

（衡水学院化工学院，河北 衡水053000）

近年来，工业染料废水来源广，排放量大，而且废水含有染料等有机物，其色度深，毒性大，难处理，对人和动植物都有很大的危害。芬顿（Fenton）法是利用Fe和HO在水溶液中产生·OH，从而氧化降解有机物的一种高级氧化方法。其因反应速率快，操作简单，氧化效率高，处理过程中不产生有毒有害物质等优点，常用于工业废水的处理。但传统Fenton法也有一些缺陷，如只有当染料溶液的pH在2.5～3.5时反应效果最好,否则降解效率较低等。因此科研工作者尝试将Fe或Fe等负载到一些载体上，以期望降低其使用缺陷。本研究将Fe负载到膨润土中利用类Fenton法降解罗丹明B，并考查其降解效果。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

氯化钡；氢氧化钠；硫酸亚铁；膨润土（河北灵寿县奥太矿产品公司）；浓硝酸；浓盐酸；30% HO；去离子水；罗丹明B。

1730傅立叶变换红外分光光度计；精密pH计；离心机；搅拌器；烘箱；分析天平；TU-180紫外-可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）。

1.2 铁改性膨润土的制备

将一定浓度的硫酸亚铁溶液倒入膨润土，常温下搅拌4 h，离心分离后用去离子水充分洗涤，直到硝酸氯化钡溶液检验无沉淀，烘干，研磨，过筛，得到黄色粉末即为铁改性膨润土。

1.3 罗丹明B的降解实验

称量一定质量的铁改性膨润土，向其加入一定浓度的罗丹明B溶液，搅拌，离心分离，取上层清液，在紫外可见分光光度计上测定吸光度。利用罗丹明B标准曲线计算其浓度。回归方程：

罗丹明B降解率计算：

式中：C是罗丹明B的初始浓度（mg/L）；C是吸附后罗丹明B浓度（mg/L）；V为加入溶液体积（L）。

2 结果与讨论

2.1 铁负载量对罗丹明B降解的影响

图1 铁负载量对降解率的影响

在0.2 g膨润土中分别加入不同浓度的FeSO，制备一系列不同铁负载量的改性膨润土。然后加入1 mL 30%的HO，搅拌2 h，研究铁负载量对催化降解罗丹明B溶液的影响。由图1可见，随着铁离子浓度的增加，铁在膨润土上的负载量也增加，降解效率逐步升高。但当铁离子浓度达到0.5 mol/L后，继续增加铁离子浓度，降解率不再增加，这是因为铁在膨润土上的负载量达到饱和。

2.2 罗丹明B浓度的影响

在投入量为0.2 g铁改性膨润土，加1 mL 30%的HO溶液，1 h常温搅拌的条件下，考查对罗丹明B浓度的影响。

图2 罗丹明B初始浓度对降解率的影响

由图2可知，随着罗丹明B浓度的增加，降解率随之减小。由于随着罗丹明B浓度的增大，铁改性膨润土量及HO的用量相对较少，导致降解率下降，但当罗丹明B浓度为600 mg/L时，其降解率仍在85%以上。

2.3 H2O2用量的影响

在投入0.2 g铁改性膨润土，1 h搅拌，研究HO用量对200 mg/L罗丹明B降解的影响。

图3 H2O2用量对降解率的影响

由图3可知，随着HO用量的增加，降解率先增加后减小。HO是氧化体系中产生·OH的主体，HO的用量增加将使得·OH生成量增加，进而导致罗丹明B去除率增加。但是过多的HO也可以使·OH转变为HO·，其氧化电位大幅度降低，进而导致降解效率降低。

2.4 铁改性膨润土用量的影响

常温搅拌1 h，加入1 mL 30% HO溶液条件下，研究铁改性膨润土用量对降解200 mg/L罗丹明B的影响。

图4 铁改性膨润土用量对降解率的影响

由图4可知，随着铁改性膨润土用量的增加，降解率总体呈增加趋势，这是因为随着其用量增加，铁活性点也增加，使得体系产生大量的·OH，降解率大幅度增大。后面小幅度下降，这可能是由于大量的铁改性膨润土使体系中产生过量的·OH，其与HO结合生成过HO·，进而生成O从反应体系中释放出来，降低了HO的利用率。

2.5 溶液pH值的影响

200 mg/L罗丹明B中加入0.2 g铁改性膨润土，量取1 mL 30% HO溶液，1 h常温搅拌条件下，研究降解率的变化。

图5 溶液初始pH对降解率的影响

由图5可知，在pH为7时达到最佳效果。随着pH的增加，罗丹明B的降解率呈下降趋势。而传统的Fenton试剂pH范围在2～3时降解效果较好，而铁改性膨润土pH在2～7范围内都有较好的降解效果，比传统的Fenton试剂可应用范围广，具有一定的应用前景。

2.6 搅拌时间的影响

在铁改性膨润土投入量为0.3 g，加1 mL 30%HO，pH为7的条件下，研究降解20 mL 200 mg/L罗丹明B的适宜时间。

图6 搅拌时间对降解率的影响

由图6可知，在30 min内对罗丹明B催化降解反应较快。在1 h后对罗丹明B的去除率趋于稳定，降解效果达到87%以上。因此该体系对罗丹明B的处理时间在实际应用中可控制在1 h左右。

图7 膨润土原土（a）与铁改性膨润土（b）的FTIR图

2.7 铁改性膨润土的FTIR表征

由图7可知，铁改性的FTIR光谱与原膨润土的大体相似，3 627 cm处的吸收峰是Al-O-H的伸缩振动所引起，3 422 cm和1 635 cm处的吸收峰为层间吸附水H-O-H的拉伸振动和弯曲振动，在1 054 cm处亦是Si-O-Si伸缩振动峰，914 cm处的吸收峰对应于黏土八面体层Al-O-Al的平移振动，791 cm处的吸收峰是Si-O-Si的对称伸缩振动峰。在614 cm出现的吸附峰，可归于Fe-O伸缩振动吸收峰,468 cm吸收峰为Fe-O弯曲振动,铁改性的膨润土的IR图谱在3 429 cm和796 cm处的吸收峰较弱。

3 结论

（1）以膨润土和硫酸亚铁为原料，制备了铁改性的膨润土，与HO组成类Fenton体系，对罗丹明B具有高效降解效率。

（2）此类Fenton体系在初始pH为7，1 mL 30%HO溶液，0.3 g的膨润土，反应时间为60 min，对200 mg/L罗丹明B溶液的降解效果最佳，降解率可达到94.79%。此类Fenton体系在溶液pH在2～7范围都有较高的降解率，这对实际工业染料废水的处理有一定的应用前景。