污水也能變清流

劉銘揚(yáng)

隨著我國(guó)印染行業(yè)的快速發(fā)展，印染廢水的排放量急劇增大，已成為我國(guó)最主要的污染源之一。該類廢水有機(jī)物含量高、色度大、成分復(fù)雜、毒性高、氣味難聞以及無(wú)機(jī)鹽濃度高（含鹽量高達(dá)2%至15%），而且含有對(duì)微生物有毒害作用的中間體，難以進(jìn)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?chē)h(huán)境極不協(xié)調(diào)，不僅影響視覺(jué)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(yán)重危害河流生態(tài)系統(tǒng)的平衡，造成生態(tài)災(zāi)難。所以該類廢水的處理是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

羅丹明B是一種常見(jiàn)的有機(jī)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(dòng)物試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，羅丹明B會(huì)引起皮下組織生出肉瘤，被懷疑是致癌物質(zhì)。2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)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(lái)，UV/H2O2、光催化氧化、電化學(xué)氧化法等高級(jí)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(qiáng)氧化劑，在廢水處理中有著廣闊的應(yīng)用前景，但通常存在會(huì)產(chǎn)生鐵泥和低脫色率等缺陷，關(guān)于類Fenton試劑處理染料廢水的研究已有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

2018年暑假，我在華東理工大學(xué)參加了用芬頓法對(duì)羅丹明B水污染降解的實(shí)驗(yàn)，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(jì)來(lái)測(cè)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(shí)驗(yàn)機(jī)理及水處理進(jìn)展

1894年，法國(guó)化學(xué)家芬頓（Fenton）發(fā)現(xiàn)Fe2+可以催化H2O2降解有機(jī)物，后人為紀(jì)念他，將H2O2和亞鐵鹽的組合稱為Fenton試劑。Fe2+與H2O2作用可以產(chǎn)生氧化能力僅次于氟的羥基自由基，因此Fenton反應(yīng)體系特別適合處理高濃度、毒性大、難降解的有機(jī)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(yè)廢水，并取得很好的處理效果，開(kāi)創(chuàng)了采用Fenton試劑處理難降解有機(jī)物的先河。隨后，人們?cè)诮?jīng)典Fenton試劑的基礎(chǔ)上發(fā)展出很多機(jī)理類似的類Fenton試劑，并用于處理各類難降解有機(jī)廢水。

Fenton試劑通過(guò)催化分解作用產(chǎn)生羥基自由基，并氧化降解有機(jī)物，使其氧化為水和二氧化碳等無(wú)機(jī)小分子。

在Fenton反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的羥基自由基不僅氧化性強(qiáng)，而且無(wú)選擇性，因此廣泛應(yīng)用于處理各種可生化性差、難降解、危害大的有機(jī)廢水，如染料廢水、制藥廢水、垃圾滲濾液等。

傳統(tǒng)的Fenton氧化工藝雖然能夠較好地處理染料廢水，但反應(yīng)后溶液中會(huì)殘留大量的鐵離子，帶來(lái)了二次污染。傳統(tǒng)的Fenton反應(yīng)過(guò)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(diǎn)，提高催化劑再利用率，減少反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的鐵泥，人們?cè)O(shè)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(jī)污染物。

由于非均相Fenton 體系不僅能在更廣的pH值范圍內(nèi)進(jìn)行氧化反應(yīng)，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(tǒng)Fenton 反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量鐵泥的缺點(diǎn)。因此，非均相Fenton體系成為最近幾年的研究熱點(diǎn)。

在過(guò)去的幾年中，人們對(duì)無(wú)鐵催化劑（包括錳、鈰、金、銅、釕等）給予了高度關(guān)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(lái)發(fā)展

在暑期的實(shí)驗(yàn)中，我體驗(yàn)了華東理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室含Cu催化劑的制備和廢水處理的活性測(cè)評(píng)，發(fā)現(xiàn)這種一體化輕薄型催化劑對(duì)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(dá)到90%以上，且實(shí)驗(yàn)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(zhì)傳熱好、易于塑形等優(yōu)點(diǎn)，分離、回收容易，節(jié)約了操作成本。同時(shí)，也能高效降解部分有機(jī)物，pH適用范圍廣，適用于水處理系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)一系列的開(kāi)發(fā)和改良，我相信它將具有很好的應(yīng)用前景。