Fenton氧化法处理丽春红2R废水及其动力学研究

摘要

偶氮染料丽春红2R作为一种重要的偶氮染料，应用于各种染色工业，由于丽春红染色效果好，使食品色泽鲜亮，能激起人们的食欲，被当做食品染料，也同时用作生物染色剂和银的检定等。同时，它还常用于PVDF膜、硝酸纤维素膜和醋酸纤维素膜上的蛋白的检测时的染色液。在染色过程中会产生大量的有机废水，它的生物转化品会产生具有致癌性的芳香性化合物，对水体生物有很大的毒性，对人体产生巨大危害。这种废水是一种难处理的有机高浓度废水，采用传统的生化法和物化法很难对其进行有效处理。而Fenton试剂具有极强的氧化能力，是一种常用于某些难生物降解的或对生物有毒性的工业废水的处理。本文采用丽春红2R为研究对象，以Fenton试剂对其氧化，来研究氧化处理过程中的影响因素及其最佳的反应条件，且建立了氧化过程的反应动力学的模型，并对模型的参数进行求解，同时对反应的可能途径进行了推测。
　　在Fenton过程中，有很多因素都会制约着其氧化过程的效果，且影响的效果各不一样，其中主要的影响因素有pH、模拟废水浓度、FeSO4·7H2O的投加量、H2O2投加量、反应时间和反应温度等。实验表明当最适条件为:丽春红2R的浓度为200mg/L，反应初始pH=3，FeSO4·7H2O的投加量为556.04mg/L，H2O2投加量为2200mg/L时，常温下反应30min，丽春红2R的去除率能达到96％左右，COD的去除率能够达到71.6％。
　　在一定的温度和pH的条件，根据化学反应动力学原理，建立了Fenton氧化降解丽春红2R的的动力学模型为R=dc/dt=KCa(A)Cb(B)Cd(D)(mg.L-1.min-1)。通过实验测定Fenton氧化反应过程中不同时刻的染料浓度，计算出动力学模型中的参数，从而得到Fenton氧化降解丽春红2R的动力学方程为R=dc/dt=0.00198C0.7234[C(FeSO4·7H2O)]0.5297[C(H2O2)]0.3574(mg.L-1.min-1)。经验算得出，方程的模拟数值和实验数值基本良好吻合。且由动力学方程可以看出Fenton氧化丽春红2R的化学反应速率受丽春红2R的浓度影响最大，受亚铁离子浓度的影响其次，受过氧化氢的浓度影响最小。
　　根据实验扫描所得的紫外可见光谱图和LC-MS检测的分析果，推测出丽春红2R可能的降解历程是:丽春红2R氧化生成间二甲苯和邻二氮烯-2，6-二磺酸钠-萘酚，邻二氮烯-2，6-二磺酸钠-萘酚氧化生成1-硝基-2，3，6-三羟基萘，之后氧化生成邻萘二酚，然后变成1，2-二萘醌，进一步氧化开环生成邻苯二乙甲酸，最后经过一系列的有机矿化成CO2和H2O，而生成的间二甲苯间经过一系列自由基反应步骤，苯环上的两个甲基逐步被氧化生成间甲基苯甲醛、间甲基苯甲酸，间甲醛基苯甲酸，并最终转化为间苯二甲酸。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 染料废水的来源与危害

1．2 偶氮染料的来源与危害

1．3 国内外对偶氮染料废水处理方法的研究

1．3．1 物理法

1．3．2 化学法

1．3．3 生物法

1．4 Fenton氧化技术

1．4．1 Fenton氧化的机理

1．4．2 Fenton氧化的类型

1．4．3 Fenton氧化的研究现状

1．5 本文研究的目的和内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

第二章 Fenton试剂降解偶氮染料丽春红2R的影响因素分析

2．1 实验研究对象

2．2 实验仪器和试剂

2．2．1 仪器

2．2．2 试剂

2．3 溶液的配制

2．3．1 模拟废水的配制

2．3．2 FeSO4·7H2O溶液的配制

2．4 实验方法

2．4．1 pH影响的实验

2．4．2 H2O2投加量影响的实验

2．4．3 FeSO4·7H2O投加量影响的实验

2．4．4 丽春红初始浓度影响的实验

2．4．5 反应时间影响的实验

2．4．6 反应温度影响实验

2．5 测定的项目和方法

2．5．1 化学需氧量

2．5．2 丽春红2R浓度的测定

2．6 实验结果与讨论

2．6．1 正交试验的设计

2．6．2 不同初始反应pH值对反应处理效果的影晌

2．6．3 不同H2O2的投加量对处理效果的影晌

2．6．4 亚铁离子的投加量对处理效果的影响

2．6．5 模拟废水初始浓度对处理效果的影响

2．6．6 反应时间对处理效果的影响

2．6．7 反应温度对处理效果的影响

2．7 本章小结

第三章 Fenton氧化降解丽春红2R的的动力学研究

3．1 Fenton氧化动力学的原理

3．2 实验仪器与方法

3．2．1 实验仪器

3．2．2 实验方法

3．3 丽春红2R的初始浓度C0(A)不同时的反应过程分析

3．4 FeSO4·7H2O的初始浓度C0(B)不同时的反应过程分析

3．5 H2O2的投加量C0(D)不同时的反应过程分析

3．6 Fenton氧化反应动力学方程

3．7 本章小结

第四章 Fenton氧化降解丽春红2R的降解路径探讨

4．1 实验仪器与方法

4．2．1 实验仪器

4．2．1 实验方法

4．2 实验测定的项目及其方法

4．2．1 UV-VIS测定

4．2．2 硫酸根的测定方法

4．2．3 硝酸根的测定方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 硫酸根离子的检测

4．3．2 硝酸根离子的检测

4．3．3 丽春红2R的紫外-可见分光图谱分析

4．3．4 丽春红2R的质谱分析

4．3．5 丽春红2R的降解路径图

4．4 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 创新点与不足

5．2．1 论文创新点

5．2．2 不足之处

5．3 研究展望

参考文献

致谢