過硫酸鹽及其活化對茜素綠的降解研究

賀松華（華南師范大學，廣東 廣州　510000）

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過硫酸鹽及其活化對茜素綠的降解研究

賀松華
（華南師范大學，廣東 廣州510000）

摘要：過硫酸鹽法是一種新興的高級氧化技術，主要用于處理難降解、高濃度的有機污染；活化過硫酸鹽降解能大大提高其降解效果。本文考察了Na2S2O8的初始投入量、茜素綠濃度、PH值以及加入過渡金屬離子、加熱等活化方法的影響。結果表明：Na2S2O8的投入量的增加有利于降解的進行，而染料茜素綠的濃度增加對降解的進行起到抑制作用；PH為5左右的弱酸性條件下更有利于過硫酸鹽的降解；活化過硫酸鹽相較于常規條件下能大幅提升降解效果--60-70℃左右的加熱活化能能大幅度提升降解的效率；1.8mmol/L左右的適量投入量對降解效果甚至能達到常規條件下的3-4倍。

關鍵詞：活化；過硫酸鹽；降解；茜素綠

染料廢水長久以來都是國內外廢水處理的難點，其主要表現為污染物濃度高、色度深、成分復雜，傳統的方法很難將其降解［1］。因作用于染料廢水過程中產生過硫酸根離子和硫酸根自由基·SO4

-，近年來過硫酸鹽法在應用于降解有機污染物方面開始引起關注［2］，電解產生的過硫酸根離子（）具 有標準氧化還原電位（E0=+2.01v），接近于臭氧。通過光解、加熱、過渡金屬活化等方法可活化過硫酸鹽使其產生硫酸根自由基·SO4-，而通過活化的方法對有機污染物的降解效率將大大提高［3］，因其產生的·SO4

-標準氧化還原電位為E0 = + 215～ + 311 V ，甚至超過氧化性極強的羥基自由基（·OH ， E0 = + 118～ + 217 V），因此硫酸根自由基也被認為在理想的條件下可以氧化絕大多數的有機物［4］。本文試驗將過硫酸鈉應用于染料廢水的脫色研究，以實際中被廣泛應用的茜素綠配制成一定濃度的溶液作為模擬染料廢水，以常規過硫酸鹽法生成過硫酸根離子（）及Fe2

+活化過硫酸鈉生成氧化性更強的硫酸根自由基進行氧化脫色，探討過硫酸鈉及其活化用于茜素綠氧化脫色的影響因素。

一、過硫酸鹽及其活化反應機理

（二）熱活化過硫酸鹽。

基本反應式為：

基本機理：通過熱激發，使雙氧健斷裂，其過程需要的熱活化能大約140KJ/mol［5］。熱活化過硫酸鹽的過程也將受到pH值、過硫酸鹽濃度和染料的初始濃度等因素影響，一般情況下溫度的逐漸升高意味著對污染物的降解效果越好。

基本反應式為：

Fe2

（1）規范了生產檢修項目的計價行為。以前無相應合適的套價定額時，經常出現以量補價、量價扭曲的現象，企業定額的使用有效地規避了此類崗位風險。企業定額在材料消耗、用工消耗、機械配置、施工方案、費用構成等各個指標上基本上是按照企業特點和管理水平編制的，更具有操作性。它是工程量計算、項目劃分的依據；同時作為編制招標標底或控制價、確定合同價、結算價的重要依據。

+是比較穩定的自由基激發劑，整個反應過程中，所需要的活化能約為50.2KJ/mol［5］。

二、實驗

（一）實驗儀器及試劑。

實驗中所用到的主要測量分析儀器為UV-2550型紫外可見分光光度計、JM-B1003型電子計數天平以及電子恒溫水浴鍋等；實驗中所用試劑及藥品鹽酸、硫酸亞鐵、氫氧化鈉、茜素綠、過硫酸鈉（Na2S2O8）均為分析純，分別用去離子水配置濃度40mg/L、50mg/ L、60mg/L、70mg/L的茜素綠溶液、濃度為50mg/L的FeSO4·7H2O溶液等。

（二）實驗測試方法。

從配置好的茜素綠溶液中取30mL溶液于燒杯中，以Na2S2O8降解，過程中分別控制染料茜素綠溶液的初始濃度、染料的初始PH值、加熱活化下溫度的變化以及活化的濃度等影響條件（其中PH的調節采用稀HCL和NaOH調節其變化），根據反應隔一定時間染料中的顏色的變化，用紫外可見分光光度計測量其脫色率T［6］：

式（3）中：T表示脫色率，C0表示反應前茜素綠溶液濃度，C表示反應時間某t時刻染料濃度。

三、實驗結果及分析

（一）常規處理。

1.過硫酸鈉投入量的影響。

分別取配置好的濃度為50mg/L的30mL茜素綠溶液置于不同燒杯，對其分別投入量為0.05g、0.1g、0.15g、0.2g、0.25g的Na2S2O8，靜置下反應PH為7，反應在室溫進行，隔一段時間對溶液采取取樣測量，并繪制脫色率變化的曲線。

從圖1中的結果看，隨著Na2S2O8投入量的增加，其對降解的速率影響越大，當Na2S2O8的投入量為0.2g-0.25g，120min反應過后降解的程度達到了60%左右，好于其它幾組投入量的影響。降解的速率有越來越大的趨勢，原因可能是隨著Na2S2O8的投入增多，溶液中硫酸根自由基的產生速率加快，進而也增加了其與染料分子的接觸概率。

2.PH值的影響。

配置好的濃度為50mg/L的30mL茜素綠溶液置于不同燒杯，通過稀鹽酸和氫氧化鈉調節PH值分別為3、4、5、7、8，再分別加入0.1g Na2S2O8于其中，每隔一段時間取樣測量其脫色率，并繪制曲線。

圖2中可以看出，溶液中PH為5左右的時候降解的效果是最好的，明顯好于PH為中性或堿性時的降解效果；而在PH為3的強酸條件下，降解的效果較差，甚至達不到中性時的降解效果。在不同的PH條件下，反應生成的自由基會變化。在弱酸條件下，硫酸根自由基的產生速率增加，降解的速率增大，且能顯著提升降解的效果；而在過強酸性的條件下，由于產生速率過快的自由基之間的碰撞大于其與燃料分子的反應，抑制了降解的進行，且在強酸條件下硫酸根自由基也會轉化成其他對降解效果不大較弱氧化劑，再次阻礙了降解的進行；在PH較高的中性堿性條件下，反應傾向于向羥基自由基轉化，其容易受到反應產生的中性離子如碳酸氫根離子的干擾，也會降低溶液體系的降解速率。

3.茜素綠的初始濃度影響。

分別配備濃度為40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L的茜素綠染料溶液并各取30mL溶液置于不同燒杯，分別向其中加入0.1g Na2S2O8，保持PH為7的室溫條件，每過段時間取樣測量脫色率并繪制曲線。

圖3中的結果表明，隨著染料茜素綠溶液濃度的增加，反應降解的速率在逐漸減小。當染料的濃度增加時，由于Na2S2O8的投入量不變，亦即產生硫酸根自由基的數量不變，導致過量濃度的染料未能完全被整體體系中相對比例越來越小的Na2S2O8降解，進而導致降解的速率變慢。圖中當染料初始濃度為70mg/L時降解的效果最差。

（二）活化過硫酸鹽降解分析。

1.熱活化下溫度變化的影響。

分別取配置好的濃度為50mg/L的茜素綠溶液30mL于燒杯中，向其中分別加入0.1g的Na2S2O8，保持PH為7。通過恒溫水浴鍋加熱分別控制反應的溫度在室溫下、40℃下、60℃下、70℃下，每過段時間分別取樣測量其脫色率，繪制變化曲線。

通過加熱活化過硫酸鹽，結果可以看出，隨著溫度的逐漸提升，降解的效果也越來越好，在60-70℃時降解茜素綠溶液的脫色率能達到90%左右，效果已經非常可觀。在熱活化過硫酸鹽的條件下，非常有利于過硫酸鹽對染料的降解。在受熱的情況下，硫酸根自由基更多地受到激發，使得反應的速率以及降解的效果都大大增加。

保持茜素綠濃度為50mg/L、過硫酸鈉的投入量為0.1g的初始條件，PH為7，溫度室溫，對不同組溶液分別加入不同量的FeSO4·7H2O，通過活化過硫酸鹽，每過一段時間，取樣測量茜素綠溶液其脫色率，并依此繪制出溶液脫色率隨的添加量變化的變化曲線。

+又將消耗掉Na2S2O8，對其產生硫酸根自由基起到抑制作用，不利于降解的進行。所以，投入能很大程度提高過硫酸鹽降解時的效果，關鍵是要適量。

四、結論

通過實驗過硫酸鹽對茜素綠的降解研究發現，常規條件下：Na2S2O8的投入量以及茜素綠染料的濃度都將對降解的進行產生影響，其中Na2S2O8的投入量的增加有利于降解的進行，而染料茜素綠的濃度增加對降解的進行起到抑制作用；偏弱酸性環境下，PH約為5左右時，更有利于提高降解的速率，過高或過低的PH條件由于產生不同的其它物質并受到干擾都不利于降解的進行。過硫酸鹽的活化相較于常規條件下不太可觀的降解效果，能將其大幅提升：加熱活化能顯著提高染料降解的速率，高溫能使過硫酸鹽得到活化分解出更多的硫酸根自由基，促進反應進行；通過對降解體系的活化，可以看出，適量的投入量將大大提升降解的速率及效果，在Fe2

+的投入量為1.8mmol/L左右時，降解的效果甚至達到90%以上，相較于未投入時效果高數倍，而過多的的投入量由于其對Na2S2O8的消耗將會抑制降解效果，不可取。

參考文獻：

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［6］舒友菊， 施萬勝. 過硫酸鹽催化氧化降解染料廢水試驗研究［J］. 科技信息， 2010 （30）： 123-123.

中圖分類號：O657

文獻標識碼：A

文章編號：1671-864X（2016）06-0288-03