高鐵酸鹽處理活性黃X-R染料模擬廢水工藝參數的正交實驗優化研究

王　婷　付忠田*　崔　印　黃　楊　陳　棟

（1東北大學資源與土木工程學院遼寧沈陽1100042營口開發區環境保護監測站遼寧營口115007）

高鐵酸鹽處理活性黃X-R染料模擬廢水工藝參數的正交實驗優化研究

王婷1付忠田1*崔印1黃楊1陳棟2

（1東北大學資源與土木工程學院遼寧沈陽1100042營口開發區環境保護監測站遼寧營口115007）

以活性黃X-R染料模擬廢水為研究對象，脫色率為考察指標，通過正交實驗和極差法確定染料溶液初始濃度、反應液pH、高鐵酸鹽加入量、攪拌速度、反應時間、溫度對反應速率影響程度的優先順序，并確定用高鐵酸鹽處理活性黃X-R染料模擬廢水的最佳工藝參數。

高鐵酸鹽；脫色率；活性黃X-R正交實驗

染料廢水是難處理的工業廢水之一，具有色度深、堿性大、有機污染物含量高和水質變化大的特點[1]。目前處理染料廢水的方法較多,可是都存在一定的局限性。高鐵酸鹽通常指的是含+6價態鐵的含氧酸鹽，其具有強氧化性和選擇性，且在分解過程中因產生二價和三價鐵離子而具有優良的混凝性能[2～3]。因而在環保中的水處理領域中被認為是一種具有選擇性的新型、高效、多功能的綠色氧化劑[4～7]。以往的研究表明，染料溶液初始濃度、反應液pH、高鐵酸鹽加入量、反應時間、溫度等因素都會對處理效果產生一定的影響[8～10]。但各項因素對處理效果的影響程度及主次關系卻少有研究。正交實驗是通過代表性很強的少數實驗反映出實驗因素對考察指標的影響情況以確定各因素影響主次順序的實驗方法[11]。本文用正交實驗的方法對高鐵酸鹽處理染料模擬廢水的實驗條件進行優化選擇,研究高鐵酸鹽處理染料廢水的一般規律。

1　材料與方法

1.1儀器、藥品、試劑及其他材料

儀器：磁力攪拌器（加熱），紫外/可見分光光度計（SpectroFlex成都銳新儀器儀表有限公司）,離心機，標準型pH計（北京賽多利斯儀器系統有限公司PB-10），電子精密天平（梅特勒—托利多儀器有限公司PL203）。

藥品與材料：活性黃X－R（原染料，市售），硫酸（分析純，沈陽經濟技術開發區試劑廠），氫氧化鈉（分析純，天津市博迪化工有限公司）,高鐵酸鉀（天津科密歐）。

1.2模擬廢水的配制

根據實驗設計，準確稱取活性黃X－R染料，并用蒸餾水定容。

1.3活性黃X－R吸收光譜的測定

活性黃X－R染料廢水溶液的吸收光譜曲線如圖1，從吸收光譜中可看出活性黃X－R在384m處有最大特征吸收。因此選取384nm測試模擬染料廢水的吸光度。

圖1　吸收光譜曲線

1.4正交試驗影響因素及水平的選擇

由單因素條件實驗可知，影響高鐵酸鹽處理活性黃X-R染料模擬廢水脫色率的因素有染料初始濃度、反應液pH、高鐵酸鹽加入量、攪拌速度、反應時間、溫度等。根據正交實驗處理方法特點選定五水平六因素模型，如表所示。

表1　正交試驗因素表

1.5實驗方法

取相應濃度模擬染料廢水在384nm處測定吸光度A0;用量筒量取50mL該濃度廢水于燒杯中，加入實驗設計高鐵酸鹽量，置于預熱的磁力攪拌器上進行反應，調整磁力攪拌器至設定轉速，待液體溫度穩定開始計時。反應至實驗設計時間取下燒杯，待液體溫度降至室溫取樣離心。取離心后上清液測定吸光度A1，并按式（1）計算其脫色率：

A0——處理前溶液的吸光度；

A1——處理后溶液的吸光度。

式（1）中A0為最大可見吸收波長下染料模擬廢水原液的吸光度；

A1為最大可見吸收波長下染料模擬廢水不同反應t時間后的吸光度。

2　結果與討論

2.1正交試驗結果與討論

2.1.1正交試驗標記結果

表2　正交試驗標記結果

2.1.2極差分析

根據極差R的大小可以看出,在各因素選定的范圍內,影響處理效果的各因素的主次關系依次為:反應液pH（B）＞反應時間（E）＞初始濃度（A）＞高鐵酸鉀摩爾量/染料摩爾量（C）＞溫度（F）＞攪拌速度(D)。

3　結語

(1)通過五水平六因素的正交實驗研究可知，高鐵酸鹽處理活性黃X-R染料模擬廢水過程中6種因素對活性黃X-R染料廢水脫色的影響程度大小依次為：反應液pH（B）＞反應時間（E）＞初始濃度（A）＞高鐵酸鉀摩爾量/染料摩爾量（C）＞溫度（F）＞攪拌速度(D)。

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[11]Lijun Ji,Yunfeng Si,Hongfei Liu,Xiaoli Song,Wei Zhu,Aiping Zhu,Application of orthogonal experimental design in synthesis of mesoporous bioactive glass,Microporous and Mesoporous Materials, Volume 184,15 January 2014,Pages 122-126,ISSN 1387-1811.

王婷（1994—），女，東北大學環境工程專業2012級本科生。