无机阴离子对Fenton试剂处理活性艳红 K-2BP 染料废水的影响
高 霞1，梁海燕1，张瑞芳1，席景砖2
( 1． 新乡医学院公共卫生学系，河南 新乡 453003; 2． 新乡医学院基础医学院，河南 新乡 453003)
摘要: 目的 探讨无机阴离子对 Fenton 试剂处理活性艳红 K-2BP 染料废水的影响。方法 以偶氮染料活性艳红 K-2BP 配制模拟染料废水，考察不同浓度的无机阴离子 S2 －、H2PO－4、Cl－和 SO42 －对 Fenton 试剂氧化降解的影响。结果 FeSO4的加入量为 5． 00 mL、H2O2的体积为 0． 50 mL 时 K-2BP 达到最佳降解率( 98． 12%) 。S2 －对 Fenton 试剂氧化降解的抑制作用非常明显，H2PO－4也具有不同程度的抑制作用; C1－和 SO42 －对活性艳红 K-2BP 的降解无影响。结论 在 Fenton 试剂处理实际工业废水时，有必要先采取措施消除 S2 －和 H2PO－4影响。本研究为 Fenton 试剂在染料废水深度处理领域的实际应用提供了科学数据和技术支撑。
关键词: 无机阴离子; Fenton; 活性艳红 K-2BP; 降解率
中图分类号: R136． 3 文献标志码: A 文章编号: 1004-7239( 2011) 05-0569-03
染料废水处理的难点在于水量大、色度深、水质变化大、有机毒物含量高、成分复杂以及生物降解难等，是国内外公认的难处理的工业废水之一［1］。Fenton 试剂通过链式反应产生氧化性极强的羟基自由基，羟基自由基具有很强的加成反应特征［2］。目前，关于无机离子对 Fenton 试剂氧化降解性能的影响研究较少，而且，实际的染料废水中通常存在大量溶解性的无机阴离子和金属阳离子，如硫离子( S2 －) 、氯离子( Cl－) 、硫酸根离子( SO42 －) 、磷酸二氢根离子 ( H2PO4－) 、锰离子 ( Mn2 +) 和铜离子( Cu2 +) 等，即使经过吸附、过滤等预处理，也无法完全去除，并可能在一定程度上影响 Fenton 氧化反应过程，因此，有必要开展无机阴离子对 Fenton 氧化降解染料废水的影响实验。本研究以偶氮染料活性艳红 K-2BP 配制模拟染料废水，考察不同浓度的无机阴离子 S2 －、H2PO4－、Cl－和 SO42 －对 Fenton 氧化降解的影响，并结合实验结果对其作用机制进行探讨。
1 材料与方法
1． 1 主要仪器 320-S pH 计( 梅特勒-托利多仪器上海有限公司) ; BS224 电子天平( 赛多利斯科学仪器北京有限公司) ; VIS-7220 可见分光光度计( 北京瑞利分析仪器公司) ; HJ-3 数显恒温磁力搅拌器( 金坛市杰瑞尔电器有限公司) 。
1． 2 主要试剂 质量分数 30% H2O2( 郑州惠泽生化科技有限公司，批号: 20100902) ; 活性艳红 K-2BP( 天津天顺化工染料有限公司，批号: 20080506) ; 硫化钠 ( 天 津 科 密 欧 化 学 试 剂 有 限 公 司，批 号:20100423) ; 磷酸二氢钠( 天津天力化学试剂有限公司，批号: 20080725) ; 氯化钠( 天津天力化学试剂有限公司，批号: 20080423) ; 硫酸钠( 天津德恩化学试剂有限公司，批号: 20090324) ; 硫酸亚铁( 天津科密欧化学试剂有限公司，批号: 20090823) 。
1． 3 实验方法
1． 3． 1 模拟水样的配制 准确测取 100 mg 活性艳红 K-2BP 染料，用蒸馏水配制成 100 mg·L－ 1的模拟染料废水。
1． 3． 2 Fenton 试剂组成水样处理效果的影响 取100 mL 水样于 5 个反应器中，用 1． 00 mol·L－ 1硫酸溶液调节初始浓度 C0已知的模拟水样初始 pH值至 3． 0，分别投加 5 mL 浓度为 10 mmol·L－ 1的FeSO4和 0． 20、0． 50、1． 00、2． 00、4． 00 mL H2O2溶液，将溶液置于磁力搅拌器上搅拌15 min，待反应结束后采用可见分光光度计在检测波长 531 nm 下测定活性艳红 K-2BP 的浓度 Ce，并计算降解率 K，其中 K = ( C0－ Ce) /C0× 100% 。
1． 3． 3 无机阴离子对 Fenton 试剂氧化效果的影响
取 100 mL 水样于反应器中，先加入 0． 00 ～3． 00 mmol·L－ 1的 S2 －和 0． 00 ～1． 60 mmol·L－ 1的H2PO4－、Cl－及 SO42 －离子，用 1． 00 mol·L－ 1硫酸溶液调节初始浓度已知的模拟水样初始 pH 值至3. 0，再按照氧化效果最佳条件投加适量的 FeSO4和H2O2溶液，使 Fenton 氧化降解活性艳红 K-2BP 具有较佳的反应速率。溶液置于磁力搅拌器上搅拌，待反应结束后迅速取样，并用 1． 00 mol·L－ 1氢氧化钠调节 pH 值至 10． 0 终止反应，静置一段时间，取上层清液测定其浓度，并计算降解率。
2 结果
2． 1 Fenton 试剂组成对水样处理效果的影响 结果见表 1。FeSO4的加入量为 5． 00 mL、H2O2的体积 为 0． 50 mL 时 K-2BP 达 到 最 佳 降 解 率( 98. 12%) 。
2． 2 无机阴离子对 Fenton 试剂水样处理效果的影响 S2 －、H2PO4－对 Fenton 试剂处理效果的影响分别见图 1 和图 2。由图 1 可知，S2 －对 Fenton 试剂氧化效果影响非常明显。随着 S2 －浓度不断增加，水样中 K-2BP 降解率明显下降，尤其当 S2 －浓度超过1． 00 mmol·L－ 1时，活性艳红 K-2BP 降解率急剧下降。当 S2 －浓度增加至 3． 00 mmol·L－ 1时，水样中K-2BP 降解率由原来的 98． 00% 降至 20． 00% 。从图2 可以看出，H2PO4－同样抑制了 Fenton 试剂的氧化能力。随着水样中 H2PO－4浓度增加，活性艳红K-2BP 的降解率呈明显下降趋势。当 H2PO4－浓度为 1． 60 mmol·L－ 1时，活性艳红 K-2BP 降解率与不含 H2PO－4时相比下降了 57． 80%。添加 Cl－及SO42 －至 1． 60 mmol·L－ 1K-2BP 的降解率仍保持在98． 00% ，说明这 2 种阴离子对 Fenton 试剂处理效果无影响。
3 讨论
本研究考察了典型无机阴离子对 Fenton 试剂处理活性艳红 K-2BP 染料废水的影响。结果表明，当 FeSO4的加入量为 5． 00 mL、H2O2的体积为0． 50 mL时 K-2BP 达到最佳降解率( 98． 12% ) 。当H2O2体积 ＜0． 50 mL 时，反应生成的 HO－少，影响氧化效果; 当其体积 ＞0． 50 mL 时，过量的 H2O2与HO－反应，利用率降低。另外，S2 －、H2PO－4的存在大大影响 Fenton 试剂降解活性艳红 K-2BP 的效果。S2 －是 强 还 原 剂，容 易 被 强 氧 化 剂 H2O2氧 化。S2 －可以直接被氧化为单质 S 或 SO42 －，会消耗部分H2O2使得羟基自由基的生成量减少［3-4］。因此，采用 Fenton 试剂处理实际工业废水时，如果其中含有S2 －，必须先采取措施降低 S2 －的含量。这是由于H2PO4－对 Fe2 +和 Fe3 +有较强的配合作用，使 Fe2 +失去了与 H2O2发生反应的活性，同时，鉴于普通Fenton 反应下 Fe3 +向 Fe2 +转化的速率较低，上述配合反应进一步阻断了 Fe2 +的生成［5］。因此，Fenton链式反应速率下降，氧化降解染料的效果降低，且H2PO4－浓度越高抑制作用越强。在实际废水处理中，有必要采取适当措施消除 H2PO4－影响，而 Cl－、SO42 －的存在对活性艳红 K-2BP 的降解不产生影响，此结果为 Fenton 试剂在染料废水深度处理领域的实际应用提供科学数据和技术支撑。
参考文献:
［1］ 苏荣军． 芬顿试剂氧化污水及无机离子影响的研究［J］． 哈尔滨商业大学学报: 自然科学版，2008，24( 2) : 210-213．
［2］ 李勇，吕松，朱素芳． Fenton 试剂处理活性艳红印染废水的实验研究［J］． 环境科学与技术，2008，31( 3) : 88-90．
［3］ Sheu S H，Weng H S． Treatment of olefin plant spent caustic bycombination of neutralization and Fenton reaction［J］． Water Res，2001，35( 8) : 2017-2021．
［4］ Neamtu M，Yediler A，Siminiceanu I，et al． Oxidation of commercialreactive azo aqueous solutions by the photo-Fenton and Fenton-likeprocesses［J］． J Photoch Photobio A，2003，161( 1) : 87-93．
［5］ Bautista P，Mohedano A F，Gilarranz M A，et al． Application ofFenton oxidation to cosmetic wastewaters treatment［J］． J HazardMater，2007，143( 1 /2) : 128-134．
来源：中国化学试剂网
