鐵改性膨潤土類Fenton法降解羅丹明B的研究

王曉紅，張俊英，王俊蓮，孫瑩瑩，艾蜜蜜，李新瑩

（衡水學(xué)院化工學(xué)院，河北 衡水053000）

近年來，工業(yè)染料廢水來源廣，排放量大，而且廢水含有染料等有機(jī)物，其色度深，毒性大，難處理，對人和動植物都有很大的危害。芬頓（Fenton）法是利用Fe和HO在水溶液中產(chǎn)生·OH，從而氧化降解有機(jī)物的一種高級氧化方法。其因反應(yīng)速率快，操作簡單，氧化效率高，處理過程中不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)等優(yōu)點，常用于工業(yè)廢水的處理。但傳統(tǒng)Fenton法也有一些缺陷，如只有當(dāng)染料溶液的pH在2.5～3.5時反應(yīng)效果最好,否則降解效率較低等。因此科研工作者嘗試將Fe或Fe等負(fù)載到一些載體上，以期望降低其使用缺陷。本研究將Fe負(fù)載到膨潤土中利用類Fenton法降解羅丹明B，并考查其降解效果。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

氯化鋇；氫氧化鈉；硫酸亞鐵；膨潤土（河北靈壽縣奧太礦產(chǎn)品公司）；濃硝酸；濃鹽酸；30% HO；去離子水；羅丹明B。

1730傅立葉變換紅外分光光度計；精密pH計；離心機(jī)；攪拌器；烘箱；分析天平；TU-180紫外-可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）。

1.2 鐵改性膨潤土的制備

將一定濃度的硫酸亞鐵溶液倒入膨潤土，常溫下攪拌4 h，離心分離后用去離子水充分洗滌，直到硝酸氯化鋇溶液檢驗無沉淀，烘干，研磨，過篩，得到黃色粉末即為鐵改性膨潤土。

1.3 羅丹明B的降解實驗

稱量一定質(zhì)量的鐵改性膨潤土，向其加入一定濃度的羅丹明B溶液，攪拌，離心分離，取上層清液，在紫外可見分光光度計上測定吸光度。利用羅丹明B標(biāo)準(zhǔn)曲線計算其濃度。回歸方程：

羅丹明B降解率計算：

式中：C是羅丹明B的初始濃度（mg/L）；C是吸附后羅丹明B濃度（mg/L）；V為加入溶液體積（L）。

2 結(jié)果與討論

2.1 鐵負(fù)載量對羅丹明B降解的影響

圖1 鐵負(fù)載量對降解率的影響

在0.2 g膨潤土中分別加入不同濃度的FeSO，制備一系列不同鐵負(fù)載量的改性膨潤土。然后加入1 mL 30%的HO，攪拌2 h，研究鐵負(fù)載量對催化降解羅丹明B溶液的影響。由圖1可見，隨著鐵離子濃度的增加，鐵在膨潤土上的負(fù)載量也增加，降解效率逐步升高。但當(dāng)鐵離子濃度達(dá)到0.5 mol/L后，繼續(xù)增加鐵離子濃度，降解率不再增加，這是因為鐵在膨潤土上的負(fù)載量達(dá)到飽和。

2.2 羅丹明B濃度的影響

在投入量為0.2 g鐵改性膨潤土，加1 mL 30%的HO溶液，1 h常溫攪拌的條件下，考查對羅丹明B濃度的影響。

圖2 羅丹明B初始濃度對降解率的影響

由圖2可知，隨著羅丹明B濃度的增加，降解率隨之減小。由于隨著羅丹明B濃度的增大，鐵改性膨潤土量及HO的用量相對較少，導(dǎo)致降解率下降，但當(dāng)羅丹明B濃度為600 mg/L時，其降解率仍在85%以上。

2.3 H2O2用量的影響

在投入0.2 g鐵改性膨潤土，1 h攪拌，研究HO用量對200 mg/L羅丹明B降解的影響。

圖3 H2O2用量對降解率的影響

由圖3可知，隨著HO用量的增加，降解率先增加后減小。HO是氧化體系中產(chǎn)生·OH的主體，HO的用量增加將使得·OH生成量增加，進(jìn)而導(dǎo)致羅丹明B去除率增加。但是過多的HO也可以使·OH轉(zhuǎn)變?yōu)镠O·，其氧化電位大幅度降低，進(jìn)而導(dǎo)致降解效率降低。

2.4 鐵改性膨潤土用量的影響

常溫攪拌1 h，加入1 mL 30% HO溶液條件下，研究鐵改性膨潤土用量對降解200 mg/L羅丹明B的影響。

圖4 鐵改性膨潤土用量對降解率的影響

由圖4可知，隨著鐵改性膨潤土用量的增加，降解率總體呈增加趨勢，這是因為隨著其用量增加，鐵活性點也增加，使得體系產(chǎn)生大量的·OH，降解率大幅度增大。后面小幅度下降，這可能是由于大量的鐵改性膨潤土使體系中產(chǎn)生過量的·OH，其與HO結(jié)合生成過HO·，進(jìn)而生成O從反應(yīng)體系中釋放出來，降低了HO的利用率。

2.5 溶液pH值的影響

200 mg/L羅丹明B中加入0.2 g鐵改性膨潤土，量取1 mL 30% HO溶液，1 h常溫攪拌條件下，研究降解率的變化。

圖5 溶液初始pH對降解率的影響

由圖5可知，在pH為7時達(dá)到最佳效果。隨著pH的增加，羅丹明B的降解率呈下降趨勢。而傳統(tǒng)的Fenton試劑pH范圍在2～3時降解效果較好，而鐵改性膨潤土pH在2～7范圍內(nèi)都有較好的降解效果，比傳統(tǒng)的Fenton試劑可應(yīng)用范圍廣，具有一定的應(yīng)用前景。

2.6 攪拌時間的影響

在鐵改性膨潤土投入量為0.3 g，加1 mL 30%HO，pH為7的條件下，研究降解20 mL 200 mg/L羅丹明B的適宜時間。

圖6 攪拌時間對降解率的影響

由圖6可知，在30 min內(nèi)對羅丹明B催化降解反應(yīng)較快。在1 h后對羅丹明B的去除率趨于穩(wěn)定，降解效果達(dá)到87%以上。因此該體系對羅丹明B的處理時間在實際應(yīng)用中可控制在1 h左右。

圖7 膨潤土原土（a）與鐵改性膨潤土（b）的FTIR圖

2.7 鐵改性膨潤土的FTIR表征

由圖7可知，鐵改性的FTIR光譜與原膨潤土的大體相似，3 627 cm處的吸收峰是Al-O-H的伸縮振動所引起，3 422 cm和1 635 cm處的吸收峰為層間吸附水H-O-H的拉伸振動和彎曲振動，在1 054 cm處亦是Si-O-Si伸縮振動峰，914 cm處的吸收峰對應(yīng)于黏土八面體層Al-O-Al的平移振動，791 cm處的吸收峰是Si-O-Si的對稱伸縮振動峰。在614 cm出現(xiàn)的吸附峰，可歸于Fe-O伸縮振動吸收峰,468 cm吸收峰為Fe-O彎曲振動,鐵改性的膨潤土的IR圖譜在3 429 cm和796 cm處的吸收峰較弱。

3 結(jié)論

（1）以膨潤土和硫酸亞鐵為原料，制備了鐵改性的膨潤土，與HO組成類Fenton體系，對羅丹明B具有高效降解效率。

（2）此類Fenton體系在初始pH為7，1 mL 30%HO溶液，0.3 g的膨潤土，反應(yīng)時間為60 min，對200 mg/L羅丹明B溶液的降解效果最佳，降解率可達(dá)到94.79%。此類Fenton體系在溶液pH在2～7范圍都有較高的降解率，這對實際工業(yè)染料廢水的處理有一定的應(yīng)用前景。