Fenton试剂处理模拟活性染色废水

摘要：研究了Fenton试剂对五种模拟活性染料染液的脱色和COD去除情况。结果表明，常温时，浓度为4OOmg／L的活性染料染液在Fenton试剂(Fe2+浓度为30mg／L，H2O2浓度为1mL／L)作用下反应60min，脱色率达到了95％以上，COD去除率达到55％一60％。

印染废水量大、水质波动大、污染物组分复杂且含量高，色度、化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)均较高，其处理技术受到国内外水处理工作者的充分重视和广泛研究。

1894年，法国科学家Fenton首次发现，在酸性溶液中，Fe2+通过过氧化氢强烈催化了苹果酸的氧化，该发现为人们分析还原性有机物和选择氧化有机物提供了一种新方法。后人为了纪念这位伟大的科学家，将这种Fe2+／H2O混合体系称为标准Fenton试剂，由这种试剂参与的反应就叫Fenton反应。标准Fenton试剂自出现后就得到了广泛的研究和应用。人们发现，这种混合体系所表现出的强氧化性，是因为存在的Fe2+有利于H2O2分解产生强氧化性游离基·OH。将该反应引入到染料脱色处理中，它可使染料分子断键而脱色，而且由于Fe2+兼有混凝作用，因此Fenton试剂对废水中染色的去除非常有效。

本试验以活性黄KE-4R，活性艳红KE-7B，活性黄KE-3G，活性红KE-3B和活性蓝KE—R为例，通过配制不同浓度Fenton试剂，探讨不同浓度Fe2+，H2O2和pH值对模拟活性染料废水降解的影响。

1试验

1．1设备与药品

1．1．1设备

UV-2102PCS型紫外可见分光光度计(尤尼柯仪器有限公司)，BS-423S型电子天平(北京赛多利斯仪器有限公司)，SJ．4A型pH计(上海雷磁科学仪器厂)，B5—2型恒温磁力搅拌器(上海司乐仪器厂)，80-2型低速台式离心机(上海医疗器械集团有限公司)，SXR3120型超声波清洗槽(天津市瑞普电子仪器公司)，微波炉(广东格兰仕集团有限公司)

1．1．2化学药品

七水合硫酸亚铁(上海山海实验厂)，30％过氧化氢(上海金鹿化工厂)，硫酸(上海试剂四厂)，氢氧化钠(上海试剂一厂)，重铬酸钾(上海试剂四厂)，以上均为分析纯；亚铁灵指示液(自制)，硫酸亚铁铵(自制)，活性黄KE4R(上海桃浦染料公司)，活性艳红KE-7B(上海桃浦染料公司)，活性黄KE一3G(泰兴市锦鸡染料有限公司)，活性红KE-3B(泰兴市锦鸡染料有限公司)，活性蓝KE—R(泰兴市锦鸡染料有限公司)

1．2试验方法

1．2．1标准曲线建立

用蒸馏水分别配制浓度为lO，2O，30，4O和50mg／L的活性黄KE-4R，活性艳红KE-TB，活性黄KE一3G，活性红KE-3B和活性蓝KE—R染液，测定最大吸收波长处的吸光度，绘制吸光度．浓度标准曲线。

1．2．2模拟活性染料废水的脱色试验

配制初始浓度为400mg／L的活性黄KE4R，活性艳红KE-7B，活性黄KE．3G，活性红KE．3B和活性蓝KE．R等五种染液。向染液中加入适量Fe2SO4·7H2O2，使其与H2O在室温下反应60min。反应结束后，测定最大吸收波长处的吸光度，计算脱色率。

1．3测试

1．3．1脱色率测试

在染料最大波长处(活性黄KE-4R，活性艳红KE一7B，活性黄KE一3G，活性红KE．3B和活性蓝KE—R最大吸收波长分别为403nl,n，544nm，400nm，535l瑚和604nm)测定脱色反应前后吸光度，按式(1)计算脱色率：

2结果与讨论

2．1最佳Fenton试剂配比的确定

Fe浓度和双氧水用量对五种模拟活性染料废水脱色率的影响见图1(a)～(e)。

如图1所示，当Fe2+浓度为30mg／L，H2O2用量1mI／L，反应60min和pH值为3．0时，活性黄KE一4R，活性艳红KE一7B，活性黄KE-3G，活性红KE一3B和活性蓝KE．R染色废水脱色率均最高，分别达到93．89％，99．41％，90．24％，98．87％和99．62~70。

Fe2+浓度从30mg／L升至50mg／L后，脱色效果反而下降。这是由于过量的Fe2+会还原H2O2，使自身氧化为Fe2+，从而促使H2O2无效分解，降低H2O2：的利用率。

H2O2浓度为1—2mL／L时，脱色率较高，而当H2O2浓度继续增加，脱色率降低。根据反应机理，可能是一个或多个副反应影响H2O2浓度，这些副反应如式(4)～式(6)所示：

H2O2+·OH— H2O22 ·+H2O (4)

Fe3+ + HO2 —Fe2+ + H+ O2 (5)

Fe2+ + HO2 — Fe3+ + H O2 (6)

式(4)～式(6)表明，部分H2O2会发生无效分解，释放出O2，因而过量的H2O2不但不能分解产生更多的·OH自由基，反而被消耗了一部分，降低了双氧水的利用率。综合以上因素，确定Fe2+浓度为30mg／L，H2O2浓度为1mg／L为Fenton试剂的较佳配比。

2．2初始pH值对染料废水降解的影响

五种染液初始pH值为碱性(采用稀氢氧化钠调节)时，加入Fenton试剂，染液颜色基本无变化，脱色率在2％以下；当染液初始pH值为酸性或弱酸性时，pH值对染料废水降解的影响如图2所示。

在整个降解过程中，pH值通常是影响反应速率和降解效率的一个重要因素。图2中，活性黄KE-4R染液初始pH值为5．5时，脱色率为94．24％，效果最好；pH值增大或减小，脱色率均降低。活性艳红KE-7B染液在pH值为2．5～6时，初始pH值对染液脱色率的影响不大。活性黄KE．3G染液的初始pH值为2．5时，脱色率达96．57％，脱色效果最好；随着染液初始pH值的增加，脱色率逐渐降低，当初始pH值为6时，脱色率仅为84．51％，染液颜色也较其它染液深。活性红KE一3B染液的初始pH值为5．9，反应后脱色率为99．21％，效果最好；酸性越强，脱色率越低。活性蓝KE—R染液的初始pH值为2．5时，反应后脱色率为99．49％，效果最好；改变pH值，反应后脱色率变化不大。

pH值过高或过低，都会使溶液中有机物的存在形态(分子形态和离子形态)发生变化，从而影响降解率。在碱性环境中，Fe2+不能催化H2O产生·OH，并且随着pH值的升高，容易使溶液中的Fe2+以氢氧化物的形式沉淀而失去催化能力。当pH值较低时，溶液中的H含量较高，反应如式(7)：

Fe3+ + H2O2 →Fe2+ + ·O2H + H+ (7)

以上反应受到抑制，Fe3+不能顺利地被还原为Fe2+一Fe3+的络合平衡体系，因而影响Fenton试剂的氧化能力。

2．3反应时间对染液脱色的影响

反应时间对Fenton试剂降解活性染料染液的影响如图3所示。

图3表明，Fenton试剂对活性染料的降解非常快，反应开始5rain时，脱色率就已达到了63％以上；反应至15min，脱色率均已达80％以上，特别是活性蓝KE—R的脱色率已经接近100％，颜色完全退去；反应30min后，脱色率均达90％以上。60min基本反应完全。由此可以看出，在反应开始15min内，降解效率最高，Fenton试剂的作用效果非常理想。

2．4Fenton试剂对活性染料CO1)去除率的影响

Fenton试剂对活性染料染液COD的去除率如表3所示。

由表3可知，Fenton试剂对COD有一定的去除作用，COD去除率最高可达60.35％。

3结论

Fe2+浓度、H2O2浓度、pH值和反应时间对Fenton试剂降解活性染料的影响较大。常温条件下，浓度为400mg／L的活性黄KE-4R，活性艳红KE-7B，活性黄KE·3G，活性红KE一3B和活性蓝KE—R染液，在pH值分别为5．5，5．0，2．5，5．9和2．5时，Fe2+浓度为30mg／L，H2O2浓度为1mL／L，反应60min后，脱色率均达90％以上，处理后出水澄清透明，对COD有一定的去除作用，COD去除率最高为60．35％。