磁助Fenton试剂处理活性红模拟染料废水的实验研究

1、磁助Fenton试剂处理活性红模拟染料废水的实验研究摘要：研究不同磁化时间、磁场强度和催化氧化各种影响因素下对活性红染料模拟废水的去除率。结果说明：在pH值=3，FeS47H2=500g，H22=0.4L条件下,反响20in，去除率达62.5%。外加磁场磁场强度为427.8T的作用下，磁化反响20in，Dr的去除率进步了8.3%。关键词：Fentn试剂催化氧化磁场活性红染料1引言光、电、磁是物理学中的三大研究领域。如今以UV/Fentn体系的光Fentn试剂已经有了诸多的报道，并在实际消费中开场应用。以铁碳微电解技术为根底的电Fentn试剂，凭借其适用范围广，本钱低廉逐渐引起人们的重视。而磁场

2、用于强化水中污染物的高级氧化反响的研究，如磁助Fentn试剂处理有机废水那么尚未见报导。磁场对自由基有明显反响很早就被发现，磁助Fentn试剂体系以自由基反响为主，因此推测磁场/Fentn试剂体系联用技术亦可进步污染物的氧化分解速率，而且无需像超声和紫外光一样额外消耗电能(可由永久磁铁产生磁场)，便于推广使用。2实验局部2.1仪器与试剂磁力搅拌器山东甄城新华仪器厂、测定Dr用仪器与试剂重铬酸钾法、30%的H22分析纯、FeS47H2分析纯、K-70型永磁磁化器上海杰灵磁性器材、SXG-1B特斯拉仪上大电子设备、UV-265紫外可见分光光度计(日本岛津)2.2模拟废水水质取500g活性红染料溶于

3、1000L蒸馏水中，配成染料模拟废水。表1原废水的水质Table1Thequalityfraasteater浓度g/L色度倍Drg/LpH值5003200380452.3实验方法将盛有100L水样的烧杯放置磁力搅拌器上，调节溶液的pH值，参加一定量的FeS47H2，再参加一定量的H22，反响一段时间，调节溶液的pH值，使亚铁离子全部转化成氢氧化铁沉淀，过滤，测定滤液的Dr。磁化实验是将磁场参加到上述实验过程中，考察其对H产率、产生速率的影响。实验步骤同上，区别在于盛有水样的烧杯被夹置在磁场中。2.4分析方法Dr采用重铬酸钾法测定，根据下式计算Dr去除率：式中：Dr0，Dr分别表示处理前后染料废

4、水的化学好氧量。图1H22投加量对Dr去除率的影响Fig.1EffetfH22dsagenDrreval3结果与讨论3.1普通Fentn试剂处理废水各种影响因素3.1.1H22投加量的影响在pH值3条件下，投加FeS47H2，使其浓度为500gL-1，反响时间t=90in，测定不同H22投加量反响终了时水样的Dr。图2FeS47H2投加量对Dr去除率的影响Fig.2EffetfFeS47H2dsagenDrreval从图1可以看出，H22=0.4L时Dr的去除率到达91.2%。H22量逐渐增高，Dr去除率反而有下降的趋势，这是因为在H22的浓度较低时，H22的浓度增加,产生的H量增加；当H22

5、的浓度超过一定浓度时，H22在反响一开场就把Fe2+迅速氧化为Fe3+，而使反响在Fe3+的催化下进展，这样既消耗了H22又抑制了H的产生，并且过量的H22其复原性从一定程度上增加了出水中的Dr值1。综合考虑，选择H22=0.4L较为理想。3.1.2FeS47H2投加量的影响在pH=3，H22=0.4L，t=90in时，测定不同FeS47H2投加量反响终了时水样的Dr。当无Fe2+条件下，H22难以分解产生羟基自由基；当Fe2+的浓度过低时，羟基自由基的产生量和产生速度都很小，降解过程受到抑制；当Fe2+过量时，它复原H22且自身氧化为Fe3+，消耗药剂的同时增加出水色度1。从图2可以看出，当

6、FeS47H2=500g时，Dr的去除率分别到达92.2%。FeS47H2值逐渐增高，Dr去除率反而降低了，这是因为过量的亚铁离子消耗了重铬酸钾，使Dr升高的结果。综合考虑，选择FeS47H2=500g较为理想。3.1.3反响时间的影响在pH值3条件下，H22=0.4L，FeS47H2=500g，测定不同反响时间水样的Dr。从图3可以看出，反响时间t=90in时Dr的去除率到达92.2%。反响时间t=60in时，Dr去除率可到达88.2%，但从实际工程和经济角度考虑，选择反响时间t=60in较为理想。图3反响时间对Dr去除率的影响Fig.3EffetftienDrreval图4pH值对Dr去除

7、率的影响Fig.4EffetfpHnDrreval3.1.4水样pH值的影响当H22=0.4L，FeS47H2=500g，反响时间t=60in时，那么不同pH值对水样Dr去除率的影响见图4。Fentn试剂是在酸性条件下发生作用的，在中性和碱性的环境中，Fe2+不能催化H22产生H，而是生成了Fe(H)2、Fe(H)3胶体，该胶体可以吸附局部有机物，从而使溶液的Dr得到局部去除。但从图4看，其去除效果远不如在酸性的条件下。当pH值低于3时，溶液中的H+浓度过高，反响Fe3+H22Fe2+H2+H+受到抑制，Fe()不能顺利地被复原为Fe()，从而影响Fentn试剂的氧化才能1。从图4可以看出Dr

8、的去除率在pH=3条件下最高，随着pH值的升高Dr去除率显著下降。因此，选择pH=3的反响条件最为理想。3.2磁化实验3.2.1磁化时间对Dr去除效率的影响在pH=3，H22=0.4L，FeS47H2=500g，磁场强度=427.8T时，测定不同磁化时间反响终了时水样的Dr。图5外加磁场条件下Dr去除率随反响时间变化情况Fig.5Effetfagneti-assistantreatintienDrreval由图5可以看出，在磁场强度为427.8T时比不加磁场的在一样的磁化时间内Dr去除率相应的要高，但随着磁化时间的增加，Dr的去除率有趋于一致的形式，这说明，外加磁场进步了H的产生速率，但是没有

9、进步其产率。3.2.2磁场强度对Dr去除效率的影响在pH=3，H22=0.4L，FeS47H2=500g时，改变磁场强度，测定不同磁场强度下水样的Dr。由图6可以看出，在不同的磁化时间下，Dr去除率随着磁场强度的增加而增加。但是随着磁化时间的增加，不同磁场条件下的Dr去除率趋于一致。结果说明，随着磁场强度的增加从Fentn试剂中产生H的速率随之增加，但是产率并没有变化。图6外加磁场强度变化对Dr去除率的影响Fig.6EffetfintensityfagnetifieldnDrreval3.3磁强化Fentn试剂氧化反响机理初探Fe2+与H22间反响很快，生成氧化才能很强的H自由基。有三价铁共存

10、时，Fe3+与H22反响缓慢地生成Fe2+，接着Fe2+再与H22迅速反响，生成H，反响中激发出的羟基自由基(H)氧化才能很强，H的氧化电场是2.8V，仅次于氟的3.0V因此能有效地分解难生物降解的有机物(RH)：RH+HH2+RR+H22RH+HH可以很容易氧化活性红染料分子，这主要是因为羟基自由基与其反响时，先脱去磺酸基，生成羟基取代物，使芳香环活化，再进展氧化分解，生成低级有机酸类物质，最终炭化生成2+H22。磁场可以改变水的诸多性质，且磁场对自由基反响最为明显。该催化氧化反响本质就是产生H，可以推测磁场可以进步H的产生速率或生成率。自由基的重结合只能发生在单重态自由基对之间。自由基对的

11、单重态向三重态的转化可以的防止自由基的重结合。在外加磁场作用下,自由基对的自旋矢量的拉莫尔(Larr)旋进速度会发生变化。两个自旋矢量的旋进速度之差(D)可下式表示:式中,Dg=|g1-g2|,g1与g2是两个自由基独电子的g值,与体系本性相关,B是玻尔磁子,h是普朗克常数,H是外磁场强度,a1、a2是两个自由基的超精细耦合常数,I是核自旋量子数。D值的大小可决定自由基对两个自旋矢量的S态单重态向T态三重态转变的速度。按上面公式,上述转变速度会随Dg的增大H的增大而进步3。对活性红染料模拟废水而言,微观构造的Dg为定值,因此拉莫尔旋进速度之差D的值仅取决于宏观外加磁场场强的大校按照上式,H越大

12、,D就越大，S态与T态之间转化的时间越短,S态向T态转变的速度也就越快,即单重态的总数就越少,发生重结合的可能性就越小,化学反响速度就越快。即磁场强度越大从Fentn试剂中产生H的速率也越快。在该反响在最后调解溶液pH值使之到达碱性，这时就会有Fe(H)2、Fe(H)3胶体产生。这些胶体可以吸附局部有机物，进一步去除水溶液的Dr。以上就是磁助Fentn试剂氧化降解去除有机物过程的机理。4结论4.1实验处理前后水样指标表2实验处理前后水的指标Table2Indexfsaplebefreandaftertreatent指标Drg/LpH原液38045Fentn试剂氧化377磁强化Fentn试剂氧化

13、22.574.2处理前后水样紫外-可见光谱图比拟未处理前，水样在紫外可见区有明显的吸收峰。磁强化氧化处理后，可见光区几乎没有吸收峰，说明发色基团已被完全破坏。磁强化氧化后和单独氧化后的水样的紫外可见光谱图非常近似反响时间不同，这也很好的证明了外加磁场进步了H的产生速率，但是没有进步其产率。图7处理前后水样紫外可见谱图1-处理前，水样紫外可见光谱图；2-未经磁化，氧化处理后水样紫外可见光谱图;3-经磁化，氧化处理后水样紫外可见光谱图Fig7Sapleultraviletvisiblespetrubefreandaftertreatent4.3实验结论1在pH值=3，FeS47H2=500g，H22=0.4L,外加磁场磁场强度为427.8T的作用下，磁化反响20in，Dr的去除率进步了8.3%。2外加磁场进步了Fentn试剂体