污水也能變清流

文 上海民辦華二初級中學初三（4）班 劉銘揚

隨著我國印染行業的快速發展，印染廢水的排放量急劇增大，已成為我國最主要的污染源之一。該類廢水有機物含量高、色度大、成分復雜、毒性高、氣味難聞以及無機鹽濃度高（含鹽量高達2%至15%），而且含有對微生物有毒害作用的中間體，難以進行微生物降解。

染料廢水若直接排放到河流中，受污染的水體色度增大，與周圍環境極不協調，不僅影響視覺美感，還影響河水的透光性，不利于水生植物的光合作用，水體溶解氧量下降，嚴重危害河流生態系統的平衡，造成生態災難。所以該類廢水的處理是一個亟需解決的問題。

羅丹明B是一種常見的有機污染物，又稱玫瑰紅B或堿性玫瑰精，俗稱花粉紅，是一種桃紅色的人工合成染料。動物試驗研究發現，羅丹明B會引起皮下組織生出肉瘤，被懷疑是致癌物質。2017年10月27日，世界衛生組織國際癌癥研究機構公布了4類致癌物清單，羅丹明B在3類致癌物清單中，含有它的廢水須被處理后方可排放。

近年來，UV/H2O2、光催化氧化、電化學氧化法等高級氧化處理工藝在處理有毒、有害廢水方面得到了廣泛的研究。由Fe2+和H2O2組成的Fenton試劑作為一種強氧化劑，在廢水處理中有著廣闊的應用前景，但通常存在會產生鐵泥和低脫色率等缺陷，關于類Fenton試劑處理染料廢水的研究已有相關文獻報道。

2018年暑假，我在華東理工大學參加了用芬頓法對羅丹明B水污染降解的實驗，我使用自己做的含Cu催化劑降解被羅丹明B污染的溶液，最后用紫外分光光度計來測量溶液樣本的吸光度，以判斷羅丹明B是否被降解以及降解率是多少。

一、實驗機理及水處理進展

1894年，法國化學家芬頓（Fenton）發現Fe2+可以催化H2O2降解有機物，后人為紀念他，將H2O2和亞鐵鹽的組合稱為Fenton試劑。Fe2+與H2O2作用可以產生氧化能力僅次于氟的羥基自由基，因此Fenton反應體系特別適合處理高濃度、毒性大、難降解的有機廢水。

1964年，人們首次使用Fenton試劑處理含烷基苯和苯酚的工業廢水，并取得很好的處理效果，開創了采用Fenton試劑處理難降解有機物的先河。隨后，人們在經典Fenton試劑的基礎上發展出很多機理類似的類Fenton試劑，并用于處理各類難降解有機廢水。

Fenton試劑通過催化分解作用產生羥基自由基，并氧化降解有機物，使其氧化為水和二氧化碳等無機小分子。

在Fenton反應過程中產生的羥基自由基不僅氧化性強，而且無選擇性，因此廣泛應用于處理各種可生化性差、難降解、危害大的有機廢水，如染料廢水、制藥廢水、垃圾滲濾液等。

傳統的Fenton氧化工藝雖然能夠較好地處理染料廢水，但反應后溶液中會殘留大量的鐵離子，帶來了二次污染。傳統的Fenton反應過程中，H2O2的利用率低，因而處理成本居高不下。

為了克服以上缺點，提高催化劑再利用率，減少反應過程中產生的鐵泥，人們設法將鐵離子固定在載體上，使固相催化劑與H2O2組成非均相體系，用于處理難降解或有毒有機污染物。

由于非均相Fenton體系不僅能在更廣的pH值范圍內進行氧化反應，而且固相催化劑更容易被分離，利用率得到了提高，并且避免了傳統Fenton反應過程中產生大量鐵泥的缺點。因此，非均相Fenton體系成為最近幾年的研究熱點。

在過去的幾年中，人們對無鐵催化劑（包括錳、鈰、金、銅、釕等）給予了高度關注。其中，Cu基類Fenton催化劑顯示出卓越的氧化還原性能。

二、未來發展

在暑期的實驗中，我體驗了華東理工大學實驗室含Cu催化劑的制備和廢水處理的活性測評，發現這種一體化輕薄型催化劑對羅丹明B具有很好的降解性能，能使被羅丹明B污染的溶液褪色，羅丹明B去除率達到90%以上，且實驗后分離催化劑十分方便。

新型的一體化催化劑具有壓降低、傳質傳熱好、易于塑形等優點，分離、回收容易，節約了操作成本。同時，也能高效降解部分有機物，pH適用范圍廣，適用于水處理系統。經過一系列的開發和改良，我相信它將具有很好的應用前景。