类Fenton高级氧化技术处理染料废水的研究

摘要

随着染料工业的迅速发展，染料废水成为环境问题中的一个重要课题。为了有效地降解染料废水中的有机污染物，本文利用Fenton反应对染料废水进行降解。Fenton氧化技术是现在水处理中重要的高级氧化技术，可以降解水中大多数有毒有害物质。本文利用孔雀石绿和罗丹明B两种染料为研究对象进行Fenton反应，得出一些创新性的结论：⑴首先利用Salen配体与铁离子形成铁配体络合物，用它作为Fenton反应的催化剂进行Fenton反应处理染料废水，而且配体加入量为铁离子十分之一时，达到较好的脱色率;⑵采用固体废料石墨尾矿作为多相Fenton反应的催化剂对染料废水进行脱色降解；⑶对铁配体Fenton反应对染料废水的脱色动力学进行了研究，得出动力学方程和动力学参数；在铁配体Fenton反应研究中，用四种不同的处理方法对孔雀石绿和罗丹明B的脱色效果进行比较，可以得出不同处理方法对孔雀石绿和罗丹明B分子的去除率的大小顺序为：铁配体Fenton反应>Fe3+/H2O2反应体系>双氧水单独氧化>铁配体单独作用。通过实验得出铁配体降解孔雀石绿溶液的反应条件，在孔雀石绿初始浓度为100mg/L的溶液中，铁配体加入量为35μmol/L，双氧水加入量为10mmol/L，Salen配体与铁离子摩尔比值采用1:10，反应温度为20℃，得出的去除率为97.95％；铁配体降解罗丹明B溶液的反应条件，在罗丹明B初始浓度为100mg/L的溶液中，铁配体加入量为40μmol/L，双氧水加入量为15mmol/L，Salen配体与铁离子摩尔比值采用1:10，反应温度为20℃，得出的脱色率率为98.06％。
　　 本文对孔雀石绿和罗丹明B不同降解方法和不同影响因素对铁配体Fenton反应的动力学进行了研究，各反应均符合假一级反应动力学。铁配体Fenton反应中活性氧化物种分析得出，反应中存在羟基自由基和中间价态铁物种两种活性氧化物种。孔雀石绿和罗丹明B在铁配体Fenton反应中TOC去除率分别为54.35％和58.39％，孔雀石绿和罗丹明B没有完全降解，通过GC-MS产物分析得出，孔雀石绿的可能的降解产物为N，N-二甲基甲酰胺，戊二醛，3-羟甲基戊二醛，3-二苯甲叉基-戊二醛，3-二苯羟甲基-戊二醛，甲酸和2-烯戊二酸；罗丹明B可能的降解产物为乙二胺，戊二醛，3-羟甲基戊二醛，3-二苯甲叉基-戊二醛，3-二苯羟甲基-戊二醛，甲酸和2-烯戊二酸。对孔雀石绿和罗丹明B的铁配体Fenton反应的反应活化能进行计算表明，铁配体Fenton反应中的活化能低于Fe3+/H2O2反应体系，铁配体能有效的提高Fenton反应速率，是一种有效的催化剂。通过对石墨尾矿XRD、EDS和比表面积表征分析得出，石墨尾矿中含有铁的氧化物可以作为Fenton反应催化剂，石墨尾矿具有的孔洞结构对染料分子具有一定的吸附性能。相同反应条件下，石墨尾矿多相Fenton反应对孔雀石绿和罗丹明B脱色效果优于石墨尾矿单独吸附作用和双氧水单独氧化作用。由实验得出孔雀石绿石墨尾矿多相Fenton反应的反应条件为：孔雀石绿初始浓度为100mg/L时，石墨尾矿投加量为5g/L，双氧水投加量为4g/L时石墨尾矿多相Fenton反应对孔雀石绿的最大脱色率为99.51％。罗丹明B石墨尾矿多相Fenton反应的反应条件为，罗丹明B初始浓度为100mg/L时，石墨尾矿投加量为50g/L，双氧水投加量为10g/L时脱色率为93.39％。对石墨尾矿多相Fenton反应降解孔雀石绿和罗丹明B的机理进行研究表明，石墨尾矿多相Fenton反应中存在Fenton反应和吸附作用两种作用。石墨尾矿多相Fenton反应对孔雀石绿和罗丹明B的TOC去除率分别为60.38％和49.02％。孔雀石绿和罗丹明B溶液石墨尾矿多相Fenton反应后，溶液中的铁离子浸出量为0.2309mg/L和0.4824mg/L，溶液中含有的铁离子量达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，石墨尾矿是铁离子较好的载体。通过对溶液中铁离子浸出量的分析，推导出石墨尾矿多相Fenton反应可能的反应路径。