超声波促进Fenton法降解甲基橙溶液的研究

摘要

超声波化学是化学、化工的一个新的分支。超声波作用能强化质量、热量传递和化学反应,提高过程速率。据不完全统计,全国印染废水排放量约为每天300～400万吨。染料废水色度高、可生化性差、组分复杂,很难经济有效地用传统的废水处理方法进行处理。因此,针对染料废水的非常规处理的理论基础、方法和技术的研究,已成为人们所关注的热点问题之一。本文以典型的偶氮染料甲基橙为对象,开展了超声波促进Fenton法催化氧化降解甲基橙溶液的可行性研究。论文较系统地研究了超声波促进Fenton法催化氧化降解甲基橙溶液的影响因素及其降解机理,研究工作表明:
　　①超声波与Fenton试剂联合作用降解甲基橙溶液时,能在较短的时间内使其中的大部分有机物矿化而脱色,而在超声波单独作用下则达不到相同的效果。这是因为超声空化效应在水中产生的·OH自由基的数量有限,而Fenton试剂在水中产生的大量的·OH自由基弥补了这一不足。
　　②超声波促进Fenton法催化氧化降解甲基橙溶液时,硫酸根离子的生成规律与甲基橙的降解规律是一致的,但硫酸根离子的生成率明显小于甲基橙的脱色率。这说明甲基橙的催化降解反应可能是多步骤进行的,脱色反应处在较前步骤中,脱磺酸基反应处在较后步骤中,中间可能存在速率的控制步骤,从而影响脱磺酸基的速率,最终表现为甲基橙的脱色率大于硫酸根离子的生成率。
　　③分别研究了超声波、Fenton试剂、超声波-Fenton试剂作用下甲基橙溶液的脱色和COD去除行为。结果表明,超声波单独作用于甲基橙溶时,几乎没有脱色效果;Fenton试剂单独作用于浓度为400mg/L的甲基橙溶液30min,甲基橙溶液色度去除率为67.51％,COD去除率为63.15%;而超声波和Fenton试剂共同作用时,甲基橙溶液色度去除率达86.91%,COD去除率达80.32%。超声波与Fenton试剂对甲基橙溶液的降解脱色和COD去除具有协同作用。Fenton试剂脱色强酸性甲基橙溶液是氧化反应,而在pH>5时,是还原反应。通过紫外—可见光谱分析可知,甲基橙的最大吸收波长为490nm。

目录

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英文摘要

1 前言

1.1 超声波化学的发展历程

1.2 超声波化学的研究与应用进展

1.3 超声波的作用机理

1.3.1 超声空化理论

1.3.2 超声自由基理论

1.4 超声波在染料废水处理中的应用

1.4.1 超声波在水处理中的应用

1.4.2 超声波处理染料废水的研究进展

1.5 高级氧化技术及在染料废水处理中的应用

1.6 论文研究思路及意义

1.7 研究的主要内容

2 实验部分

2.1 实验试剂及仪器

2.2 实验方法

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 甲基橙吸收标准曲线的绘制

2.3.2 单独超声波对甲基橙溶液脱色的影响

2.3.3 Fenton试剂对甲基橙溶液的脱色

2.3.4 pH值对甲基橙溶液脱色的影响

2.3.5 甲基橙浓度对甲基橙溶液脱色的影响

2.3.6 pH值对甲基橙溶液硫酸根离子生成速率的影响

2.4 本章小结

3 超声波促进Fenton试剂催化降解甲基橙溶液的机理探讨

3.1 超声波作用机理

3.2 Fenton试剂催化降解甲基橙溶液的机理

3.2.1 高级氧化技术的特点

3.2.2 高级氧化技术机理

3.2.3 Fenton试剂体系

3.2.4 Fenton试剂处理甲基橙溶液的动力学研究

3.3 超声促进Fenton试剂催化降解甲基橙溶液的机理的实验研究

3.3.1 超声波促进Fenton试剂降解甲基橙溶液的机理的实验研究

3.3.2 甲基橙催化降解机理

3.4 本章小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献