fenton試劑對(duì)直接染料廢水的降解脫色作用研究[畢業(yè)設(shè)計(jì)]

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p>　　Fenton試劑對(duì)直接染料廢水的降解脫色作用研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)

2、 環(huán)境工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　摘要: 進(jìn)一步探討Fenton法對(duì)

3、某些難降解有機(jī)物的降解效果，研究影響降解的諸多因素，本次課題以直接灰D染料廢水為研究對(duì)象，以色度和COD去除率為檢測(cè)指標(biāo)，研究了Fenton反應(yīng)中pH值、H2O2濃度、Fe2+離子濃度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)直接灰D染料廢水脫色率及COD去除率的影響規(guī)律。結(jié)果表明：Fenton試劑可有效地去除直接灰D染料廢水中的色度和COD。當(dāng)染料廢水濃度為300mg/L時(shí)，在pH=4、H2O2 (濃度為30％)的投加量為0.8mL／L、硫酸亞鐵投加量為300mg

4、／L，反應(yīng)60min的條件下，直接灰D染料廢水的色度去除率可以達(dá)到89.59％，COD的去除率可達(dá)86.38％。</p><p>　　關(guān)鍵詞: Fenton試劑；直接灰D染料；降解脫色</p><p>　　Abstract: In order to reasearch the degradation efficiency of Fenton method on some non-biode

5、gradable organic pollutant and the factors that affect the degradation process, the subject studied the effects of pH, dosages of H2O2 and FeSO4·7H2O, reaction time on decolouration efficiency and COD removal effici

6、ency of the direct grey D wastewater. The results showed that Fenton reagent could remove the color and COD of this dye wastewater effectively with color and COD removals of 89.59% and 86.38% </p><p>　　Keywo

7、rds: Fenton reagant; Direct grey D dye; degradation and decolouration</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要(I)</b></p><p>　　Abstract.(II)</p><p&g

8、t;<b>　　1 緒論(1)</b></p><p>　　1.1 選題的背景與意義(1)</p><p>　　1.2 Fenton試劑(1)</p><p>　　1.3 直接灰D染料(2)</p><p>　　1.4 國(guó)內(nèi)外對(duì)Fenton反應(yīng)的研究(3)</p><p>　　

9、1.4.1 國(guó)內(nèi)對(duì)Fenton反應(yīng)的研究成果(3)</p><p>　　1.4.2 國(guó)外對(duì)Fenton反應(yīng)的研究成果(4)</p><p>　　2 實(shí)驗(yàn)部分(6)</p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)原理(6)</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑(6)</p><p>　　2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

10、(6)</p><p>　　2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑(6)</p><p>　　2.3 實(shí)驗(yàn)步驟(6)</p><p>　　2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄(7)</p><p>　　3 結(jié)果與分析(9)</p><p>　　3.1 數(shù)據(jù)處理(9)</p><p>　　3.2 結(jié)果分析

11、(13)</p><p>　　3.2.1 硫酸亞鐵投加量對(duì)色度去除效果的影響(13)</p><p>　　3.2.2 過(guò)氧化氫投加量對(duì)色度去除效果的影響(14)</p><p>　　3.2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)色度去除效果的影響(15)</p><p>　　3.2.4 pH值對(duì)色度去除效果的影響(16)</p><

12、;p>　　4 結(jié)論(18)</p><p>　　4.1 小結(jié)(18)</p><p>　　4.2 展望(18)</p><p>　　4.2.1 UV／Fenton反應(yīng)(18)</p><p>　　4.2.2 太陽(yáng)光/Fenton反應(yīng)(19)</p><p>　　4.2.3 電/Fenton反

13、應(yīng)(19)</p><p>　　致謝(錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。)</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)(21)</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 選題的背景與意義</p><p>　　我國(guó)是染料生產(chǎn)大國(guó)．染料產(chǎn)量占世界的60

14、％左右，然而，在染料生產(chǎn)過(guò)程中，每生產(chǎn)l t染料，將有2％的產(chǎn)品隨廢水流失．而在印染過(guò)程中損失更大．為所用染料的10％左右；這不僅造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失．也給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)印染廢水每天排放量為3×106～4 ×106m3，故印染廢水的脫色降解一直是化工行業(yè)廢水處理的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。一般的染料廢水CODcr高，而B(niǎo)OD:COD值較小，可生化性差、色度高、酸堿性強(qiáng)、含鹽量高、組分復(fù)雜、毒性強(qiáng)。并且現(xiàn)

15、在染料朝著抗光解、抗熱及抗生物氧化方向發(fā)展，難以采用常規(guī)方法進(jìn)行治理，且含有多種具有生物毒性或“三致”(致癌、致畸、致突變)性能的有機(jī)物，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外水污染控制領(lǐng)域急需解決的一大難題。</p><p>　　印染廢水的水質(zhì)復(fù)雜，污染物按來(lái)源可分為兩類(lèi)：一類(lèi)來(lái)自纖維原料本身的夾帶物；另一類(lèi)是加工過(guò)程中所用的漿料、油劑、染料、化學(xué)助劑等。分析其廢水特點(diǎn)，主要為以下方面：水量大、有機(jī)污染物含量高、色度深、堿性和pH值變化

16、大、水質(zhì)變化劇烈。因化纖織物的發(fā)展和印染后整理技術(shù)的進(jìn)步，使得PVA漿料、新型助劑等難以生化降解的有機(jī)物大量進(jìn)入印染廢水中，增加了處理難度。</p><p>　　印染廢水的傳統(tǒng)處理方法主要有化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物化學(xué)法等，傳統(tǒng)的混凝處理方法對(duì)于疏水性染料有效，但對(duì)親水性染料的脫色效果差，COD去除率低，如對(duì)水溶性的酸性染料、直接染料和活性染料去除效果不理想[1]。近年來(lái)，高級(jí)氧化處理技術(shù)(AOP)被引入到印染廢

17、水的處理中，其中Fenton試劑氧化降解染料廢水被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前景的處理技術(shù)。</p><p>　　1.2 Fenton試劑</p><p>　　Fenton反應(yīng)是1894年由法國(guó)科學(xué)家H.J.H Fenton發(fā)現(xiàn)并提出的，他在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)在酸性水溶液中當(dāng)Fe2+和H2O2共存時(shí)可以有效地氧化酒石酸。這一發(fā)現(xiàn)為人們分析還原性有機(jī)物和選擇性氧化有機(jī)物提供了新的方法，后人為紀(jì)念這

18、位科學(xué)家，便將Fe2+和H2O2混合物的水溶液和相關(guān)反應(yīng)分別命名為Fenton試劑和Fenton反應(yīng)。</p><p>　　Fenton試劑的特點(diǎn)是：1、Fenton試劑反應(yīng)中能產(chǎn)生大量的羥基自由基，具有很強(qiáng)的氧化能力，和污染物反應(yīng)時(shí)具有快速、無(wú)選擇性的特點(diǎn)；2、Fenton氧化是一種物理-化學(xué)處理過(guò)程，很容易加以控制，以滿足處理需要，對(duì)操作設(shè)備要求不是太高；3、它既可作為單獨(dú)處理單元，又可與其他處理過(guò)程相匹配，

19、如作為生化處理的前處理；4、由于典型的Fenton氧化反應(yīng)需要在酸性條件下才能順利進(jìn)行，這樣會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)一定的危害；5、實(shí)際處理污染土壤時(shí)，由于Fenton反應(yīng)是放熱反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，操作時(shí)要注意安全；6、Fenton氧化對(duì)生物難降解的污染物具有極強(qiáng)的氧化能力，而對(duì)于一些生物易降解的小分子反而不具備優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　Fenton試劑在處理難生物降解或一般化學(xué)氧化難以湊效的有機(jī)廢水時(shí)，具有反應(yīng)迅速、溫度

20、和壓力等反應(yīng)條件緩和且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因此在染料廢水處理中的應(yīng)用越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視[2]。所以，研究Fenton試劑對(duì)染料廢水的降解脫色作用有著十分重要的意義。</p><p>　　Fenton反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理為[3]：</p><p>　　Fe2++H2O2→Fe3++OH·</p><p>　　Fe2++·OH→Fe3++OH-<

21、;/p><p>　　OH·+ H2O2→HO2·+H2O</p><p>　　Fe2++HO2·→Fe(HO2)2+</p><p>　　Fe3++HO2·→Fe2++O2+H+</p><p>　　HO2·?O2·-+H+</p><p>　　Fe3++O2&#

22、183;-→Fe2++O2</p><p>　　HO2·+ HO2·→H2O2+ O2</p><p>　　OH·+ HO2·→H2O+ O2</p><p>　　OH·+ O2·-→OH-+ O2</p><p>　　OH·+ OH·→H2O2</p>

23、;<p>　　1.3 直接灰D染料</p><p>　　直接灰D染料，也叫作C.I.直接黑17或是直接灰6BR，英文名稱：Direct Grey D、C.I.Direct Black 17、Direct Grey 6BR。它的分子式為C24H21O5N6SNa，主要應(yīng)用于棉、麻、粘膠等物質(zhì)的染色。</p><p>　　它的配置方法為對(duì)硝基苯胺重氮鹽在酸性介質(zhì)和3-氨基-4-

24、甲氧基甲苯(克利西丁)偶合，再經(jīng)重氮化后和2-氨基-8-蔡酚-6-磺酸(即r酸)在堿性介質(zhì)中偶合，并經(jīng)硫化鈉還原所制得。其結(jié)構(gòu)式如下圖1所示：</p><p>　　圖1 直接灰D染料結(jié)構(gòu)式</p><p>　　它的相對(duì)分子質(zhì)量為528.29（按1995年國(guó)際相對(duì)原子質(zhì)量），外觀呈現(xiàn)黑色均勻粉末狀，其質(zhì)量符合下表1規(guī)定：</p><p>　　表1 直接灰D的技術(shù)要求

25、</p><p>　　直接灰D染料在羊毛織物上的染色色牢度應(yīng)不低于下表2的規(guī)定：</p><p>　　表2 直接灰D的染色色牢度</p><p>　　1.4 國(guó)內(nèi)外對(duì)Fenton反應(yīng)的研究</p><p>　　1.4.1 國(guó)內(nèi)對(duì)Fenton反應(yīng)的研究成果</p><p>　　楊威、孔德騫、車(chē)春波、劉丹[4]在《Fe

26、nton試劑對(duì)染料廢水的降解脫色作用研究》中指出，當(dāng)甲基橙模擬染料廢水的濃度為200mg/L時(shí)，F(xiàn)enton反應(yīng)的最佳條件為H2O2（30%）投加量為0.6mg/L，水樣pH值為4.0，水樣溫度為20℃，反應(yīng)時(shí)間為60min，F(xiàn)eSO4投量為200mg/L。</p><p>　　林桐楓、胡筱敏、楊蘊(yùn)哲[5]在《Fenton法脫色降解活性黑5模擬廢水》中指出，當(dāng)染料濃度為50mg/L時(shí)，F(xiàn)enton反應(yīng)的最佳條件為

27、H2O2投加量為0.04mL，F(xiàn)e2+濃度為0.1mol/L，水樣pH值為3.0，水樣溫度為25℃，反應(yīng)時(shí)間為30min。</p><p>　　李勇、呂松、朱素芳[6]在《Fenton試劑對(duì)處理活性艷紅印染廢水的實(shí)驗(yàn)研究》中指出，當(dāng)廢水濃度為100mg/L時(shí)，F(xiàn)enton反應(yīng)的最佳條件為加藥比（FeSO4:H2O2）為1:3.1，水樣pH值為4.5，水樣溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為20min。</p>

28、<p>　　葉招蓮、陳育紅[7]在《催化氧化處理酸性染料廢水》中指出，F(xiàn)enton反應(yīng)的最佳適用的初始pH值與待處理溶液的COD值有關(guān)，在3到5之間波動(dòng)。對(duì)于COD為3220mg/L的酸性大紅染料廢水，在按H2O2:COD=1:1（質(zhì)量比)投加(30%)H2O2，按H2O2:Fe=6:1（質(zhì)量比）投加分析純FeSO4·7H2O且避光反應(yīng)1.5h，初始溶液pH=3時(shí)，COD的去除率達(dá)到47%。他們報(bào)導(dǎo)：在Fenton反

29、應(yīng)過(guò)程中，并不是Fe2+越多越好，因?yàn)镕e2+過(guò)多會(huì)與H2O2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，消耗部分過(guò)氧化氫，使效率急劇下降。H2O2與Fe2+的比值在3～6之間，COD降解率比較高。</p><p>　　李紹鋒、張秀忠、張德明等人[8]在《Fenton試劑氧化降解活性染料的試驗(yàn)研究》中指出,染料濃度為400mg/L時(shí), FeSO4濃度為100-180mg/L，H2O2濃度為240-250mg/L，pH值為3.0，室溫條件下

30、反應(yīng)1h后，色度的去除率達(dá)95%以上，COD的去除率為65%～85%，TOC的去除率為70.2%。在他們的實(shí)驗(yàn)中,最佳初始pH值為3.0；針對(duì)不同的染料，H2O2和FeSO4均可以確定最佳投入濃度；反應(yīng)時(shí)間在40min之后被處理溶液色度和COD基本保持恒定；此時(shí)，表明反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束；反應(yīng)溫度增高，色度和COD的去除率先增加，后降低，針對(duì)這九種活性染料，最佳溫度為75℃左右。但考慮工程的實(shí)際應(yīng)用，pH值可以調(diào)節(jié)到3～5之間；反應(yīng)溫度在75℃

31、時(shí)雖然反應(yīng)效果較好，但考慮到能量的消耗與獲得的反應(yīng)效果不成比例，因此不必調(diào)節(jié)實(shí)際廢水的溫度。</p><p>　　陳芳艷[9]在《Fenton試劑處理活性艷橙X-GN染料廢水研究》中指出，染料濃度為500mg/L, FeSO4濃度為200mg/L，H2O2濃度為1.2mg/L，pH=6.05 時(shí)，在反應(yīng)40min之后，染料脫色率達(dá)到99%。當(dāng)FeSO4濃度小于200mg/L時(shí)，隨著FeSO4投加量的增加，色度及C

32、OD的去除率增大；而當(dāng)FeSO4濃度大于200mg/L時(shí)出現(xiàn)相反趨勢(shì)。當(dāng)H2O2濃度小于1.2mg/L時(shí)，隨著H2O2投加量的增加，色度及COD的去除率迅速增大；當(dāng)H2O2濃度大于1.2mg/L時(shí)，這一趨勢(shì)趨緩。對(duì)于這種染料，初始pH在3～10之間，使用此方法均能夠達(dá)到較好的色度和COD去除效果。</p><p>　　顧平、劉奎、楊造燕[10]在《Fenton試劑處理活性黑KBR染料廢水研究》中指出，當(dāng)染料濃度為

33、400mg/L，H2O2投量為0.4mL/L，F(xiàn)eSO4投量為300mg/L時(shí)，脫色率達(dá)到96 %，COD去除率達(dá)到70%，最佳初始pH值為3.0。</p><p>　　1.4.2 國(guó)外對(duì)Fenton反應(yīng)的研究成果</p><p>　　Wang[11]采用Fenton試劑對(duì)含有活性橙BN、活性藍(lán)RGB 和活性紅RGB 廢水進(jìn)行了脫色研究。結(jié)果表明，3種活性染料廢水的色度去除率均達(dá)到99％

34、以上;Lucas[12]和Muruganandham[13]都進(jìn)行了使用光/Fenton 試劑和傳統(tǒng)Fenton 試劑對(duì)活性染料脫色降解的對(duì)比研究。結(jié)果證明，光/Fenton反應(yīng)比傳統(tǒng)的Fenton 反應(yīng)具有更好的脫色效果；Malik[14]采用Fenton 試劑對(duì)直接藍(lán)2B和直接紅12B進(jìn)行了脫色降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在反應(yīng)試劑達(dá)到最優(yōu)配比的條件下， 反應(yīng)30min 染料的脫色率可達(dá)到97％，60min 時(shí)TOC 的去除率可達(dá)到70％；

35、Rathi[15]等人采用光/Fenton 反應(yīng)體系對(duì)直接黃12的脫色反應(yīng)進(jìn)行了考查，結(jié)果顯示染料最終被礦化為含氮和碳的無(wú)機(jī)物；Daneshvar[16,17]以酸性紅14為研究對(duì)象，在溶液的pH 值為3的情況下，分別采用Fenton試劑、類(lèi)Fenton試劑和光/Fenton試劑對(duì)此染料進(jìn)行降解處理；同時(shí)，通過(guò)改變?nèi)玖蠞舛?、光輻照?qiáng)度以及鐵離子濃度探討不同反應(yīng)條件下染料的脫色降解情況。結(jié)果表明，紫外光的</p><p

36、><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p><b>　　2.1 實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　Fenton試劑的氧化機(jī)理可以用下面的化學(xué)反應(yīng)方程式來(lái)表示：</p><p>　　Fe2++H2O2→Fe3++OH·+OH-</p><p>　　OH·的生成

37、使Fenton試劑具有很強(qiáng)的氧化能力，研究表明，在pH=4的溶液中，其氧化能力僅次于氟氣。因此，持久性有機(jī)污染物，特別是芳香族化合物及一些雜環(huán)類(lèi)化合物，均可以被Fenton試劑氧化分解。</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)采用Fenton試劑處理直接灰D染料廢水。</p><p>　　配置一定濃度的直接灰D染料廢水，實(shí)驗(yàn)時(shí)取該廢水于燒杯（或錐形瓶）中，加入一定量的硫酸亞鐵，使其充分混合溶解，待溶

38、解后，迅速加入設(shè)定量的H2O2，混勻，反應(yīng)至所設(shè)定時(shí)間，用NaOH溶液終止反應(yīng)，調(diào)節(jié)pH值為8-9，靜置適當(dāng)時(shí)間，取上層清液在最大吸收波長(zhǎng)A=565nm處測(cè)吸光度，色度去除率=（反應(yīng)前后最大吸收波長(zhǎng)處得吸光度差/反應(yīng)前的吸光度）×100%。</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑</p><p>　　2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器</p><p>　　pH-

39、S酸度計(jì)或pH試紙、Spectrumlab 752S 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、電子天平、TU-1810 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、COD測(cè)定儀、恒溫振蕩器。</p><p>　　2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑</p><p>　　直接灰D染料：稱取0.3g直接灰D染料溶于水中，移至1000mL容量瓶（或燒杯）中，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻。</p><p>　　FeSO4·7H2

40、O、H2O2（30%）溶液、H2SO4、NaOH均為分析純。</p><p><b>　　2.3 實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　1. 配置一定濃度的直接灰D染料廢水。實(shí)驗(yàn)時(shí)，取模擬廢水100ml于燒杯（或錐形瓶）中。</p><p>　　2. 確定適宜的硫酸亞鐵投加量。具體做法如下：</p><p>　　直接灰

41、D染料廢水的濃度為300mg/L，H2O2（30%）投加量為1mg/L，調(diào)節(jié)pH值為4.0-5.0，水樣溫度為室溫時(shí)，投加不同量的FeSO4·7H2O(投加量分別為50mg/L，100mg/L，200mg/L，300 mg/L，400 mg/L，500 mg/L)進(jìn)行脫色實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間60min。通過(guò)此實(shí)驗(yàn)，確定出FeSO4·7H2O的最佳投加量。</p><p>　　3. 確定適宜的H2O2

42、（30%）投加量。具體做法如下：</p><p>　　直接灰D染料廢水的濃度為300mg/L，F(xiàn)eSO4·7H2O的投加量為實(shí)驗(yàn)步驟2中確定的最佳投加量，水樣的pH值為4.0-5.0，水樣溫度為室溫時(shí)，投加不同量的H2O2（30%）（投加量分別是0.2ml/L，0.4 ml/L，0.6 ml/L，0.8 ml/L，1.0ml/L，1.2ml/L）進(jìn)行脫色實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間為60min。通過(guò)此實(shí)驗(yàn)，確定出H2

43、O2（30%）的最佳投加量。</p><p>　　4. 確定反應(yīng)時(shí)間對(duì)降解效果的影響。具體做法如下：</p><p>　　直接灰D染料廢水的濃度為300mg/L，水樣的pH值為4.0-5.0，水樣溫度為室溫，F(xiàn)eSO4·7H2O的投加量為實(shí)驗(yàn)步驟2中確定的最佳投加量，H2O2（30%）投加量是實(shí)驗(yàn)步驟3中確定的最佳投加量，考察反應(yīng)時(shí)間（取樣時(shí)間分別為10min，20min，40m

44、in，60min，80min，100min）對(duì)直接灰D染料廢水降解效果的影響。</p><p>　　5. 確定pH值對(duì)降解效果的影響。具體做法如下：</p><p>　　直接灰D染料廢水的濃度為300mg/L，F(xiàn)eSO4·7H2O的投加量為實(shí)驗(yàn)步驟2中確定的最佳投加量，H2O2（30%）投加量是實(shí)驗(yàn)步驟3中確定的最佳投加量，反應(yīng)時(shí)間為實(shí)驗(yàn)步驟4確定的最佳時(shí)間，水樣溫度為室溫時(shí)，分

45、別將水樣pH值確定為2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0，從而確定出反應(yīng)的最佳pH值。</p><p>　　2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄</p><p>　　1. 確定硫酸亞鐵的最佳投加量。</p><p>　　測(cè)得配置的直接灰D染料廢水的吸光度A為2.116</p><p>　　表3 不同的硫酸亞鐵投加量所對(duì)應(yīng)的色度去除率</p&

46、gt;<p>　　2. 確定H2O2（30%）的最佳投加量。</p><p>　　測(cè)得配置的直接灰D染料廢水的吸光度A為2.022</p><p>　　表4 不同的過(guò)氧化氫投加量所對(duì)應(yīng)的色度去除率</p><p>　　3. 確定反應(yīng)時(shí)間對(duì)降解效果的影響。</p><p>　　測(cè)得配置的直接灰D染料廢水的吸光度A為1.913<

47、;/p><p>　　表5 不同的反應(yīng)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的色度去除率</p><p>　　4. 確定pH值對(duì)降解效果的影響。</p><p>　　測(cè)得配置的直接灰D染料廢水的吸光度A為2.013</p><p>　　表6 不同的pH值所對(duì)應(yīng)的色度去除率</p><p><b>　　3 結(jié)果與分析</b><

48、;/p><p><b>　　3.1 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　最佳反應(yīng)條件的確定：</p><p>　　從以上各表中的數(shù)據(jù)可以得出Fenton試劑降解脫色直接灰D染料廢水的最佳條件為：FeSO4·7H2O的投加量為300mg/L，H2O2（30%）的最佳投加量為0.8mL/L，最佳反應(yīng)時(shí)間為60min，最佳pH值為4.0。&

49、lt;/p><p>　　在上述測(cè)得的最佳條件下將直接灰D染料廢水用Fenton試劑進(jìn)行降解脫色，每隔10min ，進(jìn)行COD和吸光度的測(cè)試，各數(shù)據(jù)如下表7所示：</p><p>　　表7 不同反應(yīng)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的COD值和吸光度</p><p>　　原水的吸光度為2.094，原水的COD值為1448.5mg/L。</p><p>　　圖2 直接灰D

50、染料廢水在各取樣時(shí)間的COD去除率</p><p>　　圖3 直接灰D染料廢水在各取樣時(shí)間的色度去除率</p><p>　　以下各圖是各個(gè)時(shí)間段用Spectrumlab 752S 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)從190nm—900nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)廢水進(jìn)行吸光度掃描的結(jié)果：</p><p>　　圖4 原直接灰D染料廢水在各波長(zhǎng)的吸光度</p><p>

51、;　　圖5 10min時(shí)直接灰D染料廢水在各波長(zhǎng)的吸光度</p><p>　　圖6 20min時(shí)直接灰D染料廢水在各波長(zhǎng)的吸光度</p><p>　　圖7 30min時(shí)直接灰D染料廢水在各波長(zhǎng)的吸光度</p><p>　　圖8 40min時(shí)直接灰D染料廢水在各波長(zhǎng)的吸光度</p><p>　　圖9 50min時(shí)直接灰D染料廢水在各波

52、長(zhǎng)的吸光度</p><p>　　圖10 60min時(shí)直接灰D染料廢水在各波長(zhǎng)的吸光度</p><p><b>　　3.2 結(jié)果分析</b></p><p>　　3.2.1 硫酸亞鐵投加量對(duì)色度去除效果的影響</p><p>　　由于Fe2+是催化產(chǎn)生羥自由基的必要條件，因此本實(shí)驗(yàn)的目的是探討硫酸亞鐵投量對(duì)直接灰D染

53、料廢水降解的影響，確定適宜的硫酸亞鐵投量。直接灰D染料廢水的濃度為300mg/L，H2O2（30%）投加量為1mg/L，調(diào)節(jié)水樣pH值為4.0-5.0，水樣溫度為室溫時(shí)，投加不同量的FeSO4·7H2O(投加量分別為50mg/L，100mg/L，200mg/L，300 mg/L，400 mg/L，500 mg/L)進(jìn)行脫色試驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間為60min。通過(guò)此實(shí)驗(yàn)，確定出FeSO4·7H2O的最佳投加量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖1

54、1所示：</p><p>　　圖11 硫酸亞鐵投量對(duì)廢水色度去除率的影響</p><p>　　由上圖可知，隨著Fe2+濃度的增加，色度的去除率先增大，而后呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)楫?dāng)Fe2+的濃度過(guò)低時(shí)。OH·的產(chǎn)生量和產(chǎn)生速度都很小，降解過(guò)程受到抑制。當(dāng)Fe2+過(guò)量時(shí)，一方面使反應(yīng)過(guò)快地產(chǎn)生OH·，OH·尚來(lái)不及與染料分子反應(yīng)就已銷(xiāo)毀，使降解效率下降；另一方面過(guò)

55、多的Fe2+還原H2O2且自身氧化為Fe3+，消耗藥劑的同時(shí)增加出水色度。因此硫酸亞鐵投量應(yīng)嚴(yán)格控制，不宜投加過(guò)量，可選取硫酸亞鐵投加量為300 mg／L，此時(shí)染料色度去除率可達(dá)80.39%。</p><p>　　3.2.2 過(guò)氧化氫投加量對(duì)色度去除效果的影響</p><p>　　H2O2投加量決定Fenton氧化法處理染料廢水的經(jīng)效性。為確定適宜的H2O2投加量，直接灰D染料廢水的濃度

56、為300mg/L，硫酸亞鐵投量300mg／L，水樣的pH值為4.0-5.0，水樣溫度為室溫時(shí)，投加不同量的H2O2（30%）（投加量分別是0.2ml/L，0.4 ml/L，0.6 ml/L，0.8 ml/L，1.0ml/L，1.2ml/L）進(jìn)行脫色實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間為60min。通過(guò)此實(shí)驗(yàn)，確定出H2O2（30%）的最佳投加量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖12所示：</p><p>　　圖12 過(guò)氧化氫對(duì)廢水去除率的影響<

57、/p><p>　　由上圖知，隨著H2O2濃度的增加，直接灰D染料廢水的色度去除率也隨之增大，當(dāng)H2O2濃度超過(guò)最佳值時(shí)，色度去除率下降。此結(jié)果可以作如下解釋：在H2O2濃度較低時(shí)，隨著H2O2的濃度上升，產(chǎn)生羥基自由基量增加，故色度去除率增加，H2O2濃度過(guò)高時(shí)，H2O2氧化Fe2+變成Fe3+，在Fe3+的催化下，氧化反應(yīng)降低了羥基自由基OH·的產(chǎn)生效率，并且過(guò)量的H2O2使出水COD值增高；因此，H2O

58、2投量過(guò)大并不會(huì)顯著提高水處理效果，反而增加水處理成本。</p><p>　　3.2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)色度去除效果的影響</p><p>　　確定直接灰D染料廢水的濃度為300mg/L，水樣的pH值為4.0-5.0，硫酸亞鐵投量300mg／L，H2O2 (30％)投量0.8mL/L，考察反應(yīng)時(shí)間（取樣時(shí)間分別為10min，20min，40min，60min，80min，100min）對(duì)直接

59、灰D染料廢水降解脫色效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖13所示：</p><p>　　圖13 反應(yīng)時(shí)間對(duì)廢水去除率的影響</p><p>　　由上圖知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，直接灰D染料廢水的色度去除率逐漸增加。同時(shí)由上圖可見(jiàn)，F(xiàn)enton試劑與染料分子反應(yīng)速率較快，在前60min中，色度去除率逐漸增加，過(guò)了60min后，色度去除率變化很小，趨于恒定，說(shuō)明60min可以反應(yīng)完全，故反應(yīng)時(shí)間在60m

60、in左右較適宜。</p><p>　　3.2.4 pH值對(duì)色度去除效果的影響</p><p>　　pH值是影響Fenton法處理效果的重要因素之一，H2O2的分解速率與pH值密切相關(guān)。pH值決定羥基自由基的生成量，從而決定了與有機(jī)物反應(yīng)的程度。為考察pH值對(duì)廢水處理效果的影響，確定直接灰D染料廢水的濃度為300mg/L，，硫酸亞鐵投量300mg／L，H2O2（30%）投加量0.8mL/L

61、，反應(yīng)時(shí)間60min，水樣溫度為室溫時(shí)，分別將水樣pH值確定2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0，從而確定出反應(yīng)的最佳pH值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖14所示：</p><p>　　圖14 pH值對(duì)廢水去除率的影響</p><p>　　由上圖可知，當(dāng)pH值為4時(shí)，F(xiàn)enton試劑對(duì)染料廢水的降解效果較好，色度去除率達(dá)80.38％，對(duì)此現(xiàn)象的解釋如下：</p><p&g

62、t;　　通常認(rèn)為：Fenton試劑通過(guò)催化分解產(chǎn)生羥基自由基進(jìn)攻有機(jī)物分子，并使其礦化為水和二氧化碳等無(wú)機(jī)物質(zhì)，由反應(yīng)Fe2++H2O2→Fe3++OH·+ OH-和反應(yīng)Fe3++ H2O2→Fe2++H++HO2·可知，pH值升高，會(huì)抑制羥自由基的產(chǎn)生，并且pH值高于6時(shí)，F(xiàn)e3+將形成氫氧化鐵沉淀或鐵的復(fù)雜絡(luò)合物，使前一反應(yīng)不能形成足夠量的羥基自由基OH·，故去除率較低；而pH值小于2時(shí)又會(huì)使后一反應(yīng)受

63、阻，即Fe3+較難還原為Fe2+，同樣會(huì)使去除率降低；反應(yīng)的最佳的pH值為4，在實(shí)際應(yīng)用中可以調(diào)節(jié)pH值在4-5之間。</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p><b>　　4.1 小結(jié)</b></p><p>　　由最終的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：Fenton試劑對(duì)親水性直接灰D染料廢水具有較好的降解脫色作用

64、，對(duì)于濃度為300mg/L的直接灰D染料廢水，水樣pH值為4.0、FeSO4·7H2O投加量為300mg/L，H2O2（30%）投加量為0.8mL/L，反應(yīng)時(shí)間為60min，色度去除率可以達(dá)到89.59％，COD的去除率可達(dá)86.38％。</p><p>　　其實(shí)，據(jù)各種參考文獻(xiàn)資料顯示，對(duì)于Fenton氧化法降解脫色染料廢水，反應(yīng)溫度也是其中的影響因素之一，因?yàn)闇囟壬?，OH·自由基的活性增

65、大，有利于OH·自由基與廢水中有機(jī)物的反應(yīng)，可提高廢水色度與COD的去除率；而溫度過(guò)高會(huì)促使H2O2分解為O2和H20，不利于OH·的生成。但是，從工程應(yīng)用角度來(lái)考慮，選取在室溫條件下進(jìn)行操作會(huì)更加經(jīng)濟(jì)。本次實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)條件有限，未能檢測(cè)溫度對(duì)整個(gè)Fenton氧化反應(yīng)的影響，對(duì)最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果上始終存在部分影響。</p><p><b>　　4.2 展望</b></

66、p><p>　　自從1894年，H．J．H Fenton發(fā)現(xiàn)二價(jià)鐵離子可通過(guò)過(guò)氧化氫強(qiáng)烈地促進(jìn)蘋(píng)果酸的氧化，F(xiàn)enton試劑應(yīng)用的序幕就從此被揭開(kāi)了。Fenton氧化法操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)快速、對(duì)有機(jī)物降解效率高，在處理染料廢水中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是一種有應(yīng)用前景的廢水處理技術(shù)?？墒悄壳按嬖诘闹饕獑?wèn)題是處理成本較高，對(duì)于一般廢水的處理較難以承受，但是對(duì)于毒性大、一般氧化劑難氧化或生物難降解的有機(jī)廢水處理仍是一種較好的方法。如

67、果采用Fenton試劑做為一種預(yù)處理的方法，再與其它處理方法聯(lián)用，可以降低處理成本，拓寬Fenton試劑的應(yīng)用范圍。</p><p>　　在科學(xué)的不斷發(fā)展中，類(lèi)Fenton試劑作為一種新名詞出現(xiàn)在了人們的視野中。類(lèi)Fenton試劑是指Fenton試劑與氧氣、紫外光配體或臭氧等聯(lián)用，反應(yīng)機(jī)理與Fenton試劑相似的體系。以下是幾種類(lèi)Fenton體系：</p><p>　　4.2.1 UV／

68、Fenton反應(yīng)</p><p>　　在Fenton試劑處理有機(jī)物的過(guò)程中，光照可以提高其處理效率及對(duì)有機(jī)物的降解程度，如將Fenton試劑輔以紫外光（UV）照射，處理染料廢水時(shí)的COD去除率可提高10％以上。這種紫外光輻射下的Fenton反應(yīng)就稱為UV／Fenton反應(yīng)[19]。Fe2＋在紫外光照條件下可以部分轉(zhuǎn)化為Fe3＋， 其在pH值為5.5的介質(zhì)中可以水解生成Fe(OH)2＋，然后在紫外光（λ＞300 n

69、m）作用下Fe(OH)2＋又可以生成Fe2＋，同時(shí)產(chǎn)生·OH[20]，見(jiàn)反應(yīng)式（4.1）。</p><p>　　Fe(OH)2＋→Fe2++·OH （4.1）</p><p>　　此外， 生成的Fe2＋也能夠與H2O2進(jìn)行Fenton反應(yīng)。</p><p>　　4.2.2 太陽(yáng)光/Fenton反應(yīng)</p><p>　　由

70、于自然光中可見(jiàn)光占絕大部分，紫外光僅占3％～5％，因此設(shè)法將可見(jiàn)光應(yīng)用于Fenton體系就顯得意義尤為重大。草酸鐵／H2O2光催化氧化技術(shù)是UV／Fenton反應(yīng)發(fā)展的結(jié)果，具有有效地處理高濃度有機(jī)廢水和較強(qiáng)地利用太陽(yáng)光能力的優(yōu)點(diǎn)。在草酸鐵／H2O2光催化氧化技術(shù)中， 草酸鐵絡(luò)合物具有很高的光化學(xué)活性， 能有效地吸收太陽(yáng)能輻射， 并顯示出較高的量子效率并放出·OH。在可見(jiàn)光照射下， 草酸鐵絡(luò)合物會(huì)發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)[3,21]，

71、見(jiàn)反應(yīng)式（4.2）、（4.3）、（4.4）、（4.5）。</p><p>　　Fe(C2O4)33-+hv→Fe2++2C2O42-+C2O4·- （4.2）</p><p>　　C2O4·-→CO2·-+CO2 （4.3）</p><p>　　CO2·-+ Fe(C2O4)33-→Fe2++CO2+3C2O42- （4

72、.4）</p><p>　　Fe2++H2O2+3C2O42-→Fe(C2O4)33-+OH-+·OH （4.5）</p><p>　　在使用Fenton反應(yīng)降解染料的過(guò)程中，染料分子能夠吸收可見(jiàn)光并形成激發(fā)態(tài)， 水中的Fe3＋接受電子而被還原為Fe2＋，促進(jìn)了Fe3＋與Fe2＋之間的催化循環(huán)反應(yīng)，能夠使體系中的H2O2分子發(fā)生分解反應(yīng)生成·OH。圖15和反應(yīng)式（4.

73、6）、（4.7）、（4.8）和（4.9）描述了可能的反應(yīng)過(guò)程[3]。</p><p>　　圖15 染料在可見(jiàn)光輻射條件下對(duì)Fenton反應(yīng)的促進(jìn)作用機(jī)理</p><p>　　Dye→Dye* （4.6）</p><p>　　Dye*+Fe3+→Fe2++Dye+ （4.7）</p><p>　　Fe2++ H2O2→Fe3++·

74、;OH+OH- （4.8）</p><p>　　Dye+(或Dye)+·OH→降解產(chǎn)物 （4.9）</p><p>　　4.2.3 電/Fenton反應(yīng)</p><p>　　電-芬頓法的研究始于20世紀(jì)80年代，到目前為止，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者采用電—芬頓法處理各種難降解有機(jī)廢水，取得了很好的效果。</p><p>　　電-芬頓試劑

75、就是在電解槽中通過(guò)電解反應(yīng)生成H2O2或Fe2+，從而形成芬頓試劑，并讓廢水流人電解槽，由于電化學(xué)作用，使反應(yīng)機(jī)制得到改善，從而提高了試劑的處理效果。該法綜合了電化學(xué)反應(yīng)和芬頓氧化，充分利用了二者的氧化能力。電—芬頓法按Fe2+和H2O2產(chǎn)生方式的不同，分為電芬頓—H2O2法、電芬頓—鐵氧化法、電芬頓—鐵還原法、電芬頓—鐵氧化—H2O2法、電芬頓—鐵還原—H2O2法五種。</p><p>　　與傳統(tǒng)的芬頓法相比，

76、電—芬頓法有以下幾處優(yōu)點(diǎn)：（1）不需或只需加入少量的化學(xué)藥劑，可以大幅度降低處理成本；（2）處理過(guò)程清潔，不會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生二次污染；（3）設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，電解過(guò)程需控制的參數(shù)只有電流和電壓，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；（4）電芬頓法中Fe2+和H2O2以相當(dāng)?shù)乃俾食掷m(xù)的產(chǎn)生，起初有機(jī)物的降解速率較慢，但是能保證長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)有效的降解，有機(jī)物能得到更加完全的氧化，污泥量少，后處理簡(jiǎn)單；（5）有機(jī)物降解因素較多，除羥基自由基的氧化作用外，還有陽(yáng)極氧化、電吸

77、附等，所以處理效率比傳統(tǒng)芬頓法高；（6）占地面積小，處理周期短，條件要求不苛刻；（7）易于和其它方法結(jié)合，便于廢水的綜合治理。</p><p>　　與光-芬頓法相比，電—芬頓法自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制較完善，導(dǎo)致有機(jī)物降解的因素較多，除·OH的氧化作用外，還有陽(yáng)極氧化、電吸附等。</p><p>　　類(lèi)Fenton反應(yīng)體系的提出使得Fenton法在廢水處理的道路上又邁進(jìn)了一步，相信

78、隨著科技的發(fā)展，F(xiàn)enton法在廢水處理上一定會(huì)大顯身手。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李紹峰,黃君禮,陶虎春.Fenton試劑降解水中活性染料的研究[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2001,34(5):</p><p><b>　　76-80.</b></p><

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