【强酸性偶氮废液的处理实验探究11000字（论文）】

强酸性偶氮废液的处理实验研究目录TOC\o"1-3"\h\z\t"参考文献,1,摘要标题,1"摘要 摘要偶氮废液的主要显色官能团为氮氮双键(-N=N-)，此废液多在印刷、纺织行业中应用，近年来其处理方法备受关注。本文以实验室偶氮废液作为预处理目标，以遴选出1-2种对偶氮废水中染料去除效果较高的综合处理方法。研究对比了Ag/MgO催化降解、Na2CO3/H2O2协同光催化、TiO2协同光催化和零价铁吸附降解几种方法对偶氮染料的去除脱色效果。研究结果表明：在反应时间为60min时，对实验室偶氮废液的处理，Ag/MgO催化降解去除率达到73.08%；Na2CO3/H2O2协同光催化去除率达到29.19%；TiO2协同光催化去除率达到31.82%；零价铁吸附降解去除率高达89.74%。研究了零价铁处理强酸性偶氮废液的影响因素，通过改变时间、pH和还原铁粉的用量来探究脱色效果。研究结果表明：在反应时间为30min，pH=1，零价铁用量为8g/L的反应条件下，零价铁对强酸性偶氮废液的脱色效果最佳。给后续染料的研究提供了一定的理论依据与应用前景。关键词：偶氮废液；强酸性；零价铁；协同催化1前言1.1课题意义近年来，中国逐步成为世界染料生产第一大生产、消费和出口国，而因偶氮染料具有极好的着色和抗病毒等作用，其广泛应用于各个行业，在所有染料中占比高达60%以上，特别是在纺织、印刷、化妆品等行业，在企业生产过程会产生大量的染料废液，其中对环境危害尤为突出的是强酸性偶氮废液。随着我国的经济迅猛发展，进而带来了严重的环境污染问题，对此国家相继出台治理环境污染的多种措施以达到最大力度[1]。偶氮废液的主要显色基团是氮氮双键(-N=N-)，其结构通式为R-N=N-R’(R、R’可能是含有一个或多个苯环的芳基或烷基化合物)，这类物质大多具有对环境的污染性，包括对人类的致癌性和对环境生物生长的危害性，且其中的芳香基结构能抵抗生物降解，并使其长时间在环境中存在[2]。所以对其排放必须按照国家出台的相关规定，必须经过一系列处理才能排放进入自然环境中。偶氮染料在人类的生产生活中使用频繁，但除了给人类带来了便利，还同时给环境造成了严重的污染并且危害人类生命健康[3]。因偶氮废液中的非天然存在的偶氮键及其人工设计的化学结构，化学性质相对稳定，有耐光耐酸碱，不易分解的性质，所以传统工艺不能有效的处理偶氮废液。目前处理降解偶氮废液的方法有很多种，其中包括活性炭吸附法、光催化法、生物降解法、化学氧化法等。而对于强酸性偶氮废液的处理研究还鲜见报道，因此本研究以强酸性偶氮废液为目标降解物，分析其污染物种类和含量，并通过多组实验来探究其处理工艺流程，通过废水中偶氮染料的吸附实验，分析不同材料对染料的吸附性能并对其吸附数据进行分析，对偶氮废水中染料和强酸去除效果较好的综合处理方法[5-6]。尽管偶氮燃料对水生和非水生生物造成危害，但它还是最常用的染料，所以对偶氮染料废液的处理，是对环境保护工作的一项重要工作，因此本题就实验室偶氮废液作为目标做一系列分析，以遴选出1-2种对偶氮废水中染料的去除效果较高的综合处理方法。1.2国内外研究进展1.2.1国内研究进展2020年，陈俊等人用镁和活性污泥炭制备了镁基活性污泥炭材料，并将其用作臭氧催化剂[8]。以橙黄Ⅱ偶氮染料废水作为目标污染物，考察了催化剂用量等一系列因素对橙黄Ⅱ偶氮染料降解率的影响。研究结果表明：当橙黄Ⅱ偶氮染料废水体积为100mL，橙黄Ⅱ偶氮染料初始浓度为100mg/L，臭氧的投入量为500mg/h，向其中加入0.5g5%的镁基催化剂时，在室温为20℃下反应，在废水溶液的pH值为5时，在反应12min后其去除率达到99%，镁基化臭氧氧化对橙黄Ⅱ偶氮染料的去除率高于单独的臭氧氧化。镁基活性污泥炭的存在增加了臭氧与催化剂的接触机率，刺激了臭氧分解产生的羟基自由基，从而促进了橙黄Ⅱ偶氮染料废水中污染物的降解速度，为臭氧氧化偶氮染料提供了一种有效的催化材料。同年，赵坤铭等研究了零价铁对直接蓝15(DB15)的降解作用，经过一系列实验探究，最佳实验条件为，在pH为3时，直接蓝15的初始浓度为100mg/L，铁粉的用量为9.0g/L，反应时间为50min，铁粉的粒径为200目[10]。在此条件下直接蓝15废水的降解率为98.69%。根据降解过程中的直接蓝15的紫外-可见光谱，染料结构中的偶氮键(-N=N-)首先被零价铁攻击脱色，然后被分解为小分子，用红外光谱研究分析了零价铁参与降解体系的特性自由基检测和扫描电镜(SEM)。研究结果表明：降解体系时一个以Fe0、Fe2+、Fe3+和羟基·OH为主的综合过程，零价铁的扫描电镜进一步表明了，磁场能加速零价铁的腐蚀，从而促进了零价铁的氧化直接蓝15的降解效率。同年，陈卫刚等研究了颗粒状的活性炭对水中偶氮染料橙黄Ⅱ过氧二硫酸盐和过氧单硫酸盐的非均相活化降解的效果[7]。并探究了不同的活性炭用量、溶液pH值、过硫酸盐用量、无机盐浓度等因素对水中偶氮染料橙黄Ⅱ降解率的影响，考察了降解催化剂对水中偶氮染料橙黄Ⅱ降解效果的差异性的原因。研究结果表明：过硫酸盐在水中偶氮染料橙黄Ⅱ浓度为20mg/L，过硫酸盐与橙黄Ⅱ的摩尔比为200:1时，染料被降解的效率最高，加入过硫酸根的降解效果较好，溶液在酸性条件下，颗粒状活性炭的增加有利于染料的降解，添加无机阴离子对水中偶氮染料橙黄Ⅱ的降解有抑制作用，活性炭表面产生的自由基在染料的降解过程中起着重要的作用。2021年，祝晓辉等以纳米氧化镁为载体，使用浸渍法制备了一系列过渡金属负载的偶氮染料催化剂[12]。在几种负载型过渡金属中，Ag/MgO对偶氮染料废液的降解效果最好，用X射线衍射(XRD)对所选Ag/MgO催化剂的结构和微观形貌进行了表征，X射线光电子能谱(XPS)、扩展X射线、透射电子显微镜(TEM)吸收精细结构真光谱(EXAFS)和X射线吸收近边结构(XANES)。研究结果表明：银的分布均匀以纳米团簇的形式分散在MgO的表面，并在Ag和Ag之间形成双金属为，Ag和Mg的高电子密度使其具有很高的催化活性。在甲醛溶液中，偶氮染料AR1在室温下无需光照或热处理即可有效降解。温度和甲醛浓度都是影响降解效果的主要因素。降解效率随着温度的升高而增大，甲醛的最佳浓度为1mol/L。两种自由基通过电子顺磁共振(EPR)捕集试验检测到它们在偶氮染料中起到重要作用的讲解过程。还原性氢自由基和氧化性超氧自由基的协同作用很容易破坏染料分子中的显色集团(-N=N-)。这种“还原-氧化”的协同机制证明了反应效率。另外，作为常见的污染物之一，使用醛促进剂也能达到预期的“污染物双重处理”效果。同年，詹琪等采用置换法制备出了Fe/Cu催化剂，并用X射线衍射(XRD)对催化剂进行了表征[9]。研究了Fe/Cu催化过硫酸盐(PS)降解橙黄Ⅱ的效果以及它的影响因素，并且对其降解机理进行了探讨。研究结果表明：Fe/Cu能够成功催化过硫酸盐降解橙黄Ⅱ废水，其催化剂的催化效果较零价铁对于更优。在pH为3的条件下，过硫酸盐在质量浓度为2.0g/L时，Fe/Cu催化剂在质量浓度为0.250g/L时，橙黄Ⅱ废水的降解率达到99%。利用甲醇和2-甲基-2-丙醇当作自由基清除剂，证明了降解反应中有活性自由基SO4-·和·OH的存在。1.2.2国外研究进展2019年，VincenzoVaiano等人采用沉淀法制备了Ru修饰的ZnO光催化剂，并采用x射线荧光光谱(XRF)、拉曼光谱(Raman)、x射线衍射(XRD)、−196℃N2吸附和UV-visDRS等技术对其进行了表征[19-20]。实验是在装有氮气分配装置的pyrex圆柱形反应器中进行的，在主波长为365nm的紫外灯照射下进行。通过测定不同Ru用量(0.10~0.50mol/L)来确定用于ZnO掺杂的最佳金属用量。从甲基橙的脱除和产氢两个方面评价了其光催化活性。实验结果表明，Ru载量为0.25mol/L时，钌改性ZnO光催化剂的产氢活性和甲基橙降解活性均较好。特别是经过4小时的UV照射时间，脱色度和矿化度分别为83%和78%，同时产氢量为1216µmol/L。同年，AntonioZuorro等人研究了在可见光下光催化降解活性紫外光5(RV5)，一种广泛应用于纺织工业的偶氮染料[15-18]。对不同钛基催化剂进行了初步筛选，确定了最佳的去除RV5的催化剂。然后，选择的催化剂在一个搅拌和充气的实验室规模的反应器中进行测试，该反应器由一个蓝色发光二极管(LED)光源照明，其波长范围为460-470nm。考察了pH、催化剂负载和过氧化氢添加量对染料脱除效率的影响。在pH值为10、催化剂用量为3g/L、过氧化氢浓度为60mM的条件下，染料溶液在2h左右就能完全脱色。结果表明，该工艺是一种适用于去除纺织废水RV5的方法。同年，VanjaGilja等人用盐酸对废粉煤灰(FA)材料进行高温、不同时间的化学处理，以改善其孔隙率[21-22]。在制备FA/TiO2纳米复合材料的过程中，进一步利用比表面积和孔容最高的改性FA颗粒作为TiO2催化剂的载体。采用溶胶-凝胶原位合成法，在FA粒子存在下制备了二氧化钛纳米复合光催化剂。为了对改性后的FA及FA/TiO2纳米复合光催化剂进行准确表征，采用了气体吸附解吸分析、x射线衍射、扫描电子显微镜、紫外/可见光谱和红外光谱等方法。在UV-A照射下，通过光催化去除活性红45(RR45)偶氮染料，对合成的FA/TiO2纳米复合材料的效率进行了评价。光催化已经进行了5个循环使用相同的催化剂，以研究其稳定性和可能的重复使用。FA/TiO2光催化剂在经过5次循环后仍表现出良好的光催化活性和稳定性。试验结果表明，改性后的废粉煤灰可以作为很好的TiO2载体。2020年，RouaBenDassi等人采用溶胶-凝胶法制备了Pb掺杂的纳米氧化锌，用于吸附活性黑色5(RB5)纺织染料[23]。采用x射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、x射线能谱仪和低温氮气吸附法对ZnO:Pb(2%和4%)纳米颗粒进行了表征。ZnO:Pb2%和ZnO:Pb4%的纳米颗粒平均粒径均小于100nm，比表面积分别为18.8和20.8m2/g。对RB5染料在常温、30mg/L染料浓度下进行了分批吸附脱色实验。采用中心组合设计-响应面法研究吸附条件(pH、纳米粒子剂量和接触时间)对吸附效果的影响。用方差分析检验各自变量及其交互作用的显著性。最佳脱色条件为pH=7、纳米粒子用量为2g/L、接触时间为79min，ZnO:Pb2%和ZnO:Pb4%的脱色性能分别为79.4%和98.1%。拟二阶模型较好地描述了去除率，而Langmuir模型较好地拟合了吸附等温线。1.3本课题研究内容因此本课题以实验室偶氮废液作为预处理目标物，研究对比了Ag/MgO催化剂、Na2CO3/H2O2协同光催化、TiO2协同光催化和零价铁吸附降解几种方法对偶氮染料的去除效果。选出较好的1-2种方案，用此方案对制备的强酸性偶氮废液处理，选取最优化的实验方案。

2实验部分2.1实验试剂与仪器2.1.1实验试剂本实验中使用的试剂如表1所示。表1实验试剂实验试剂名称规格/纯度生产厂家无水硫酸镁AR江苏强盛功能化学股份有限公司草酸钠AR天津市津东天正精细化学试剂厂硝酸银AR天津市科密欧化学试剂有限公司无水乙醇AR天津市北辰方正试剂厂过氧化氢30%AR天津市天刀化学试剂有限公司无水碳酸钠AR国药集团化学试剂有限公司二氧化钛AR广东光华化学厂有限公司还原铁粉AR湘中地质实验研究所亚硝酸钠AR国药集团化学试剂有限公司盐酸36-38%AR国药集团化学试剂有限公司无水对氨基苯磺酸AR国药集团化学试剂有限公司盐酸N-(1-萘基)-乙二胺AR国药集团化学试剂有限公司氢氧化钠AR国药集团化学试剂有限公司2.1.2实验仪器本实验中使用的仪器如表2所示。表2实验仪器实验仪器名称型号生产厂家可见分光光度计WFJ7200尤尼柯(上海)仪器有限公司真空干燥箱DZF-602上海森信实验仪器有限公司电子万用炉DL-1北京市永光明医疗仪器有限公司恒温磁力搅拌器85-2型巩义市予华仪器有限责任公司超声波清洗器KQ-50B昆山市超声仪器有限公司电子天平AR2140奥豪斯国际贸易(上海)有限公司高速离心机TGL-16C上海安亭科学仪器厂箱式节能电阻炉SX2-4-10湖北英山县建力电路制造有限公司调速多用振荡器HY-2国华电器有限公司真空抽滤机SH2-D(Ⅲ)巩义市子华仪器有限公司2.2实验步骤2.2.1Ag/MgO协同催化固相法制备纳米氧化镁：以MgSO4和Na2C2O4制得前驱物，后放置于90℃的真空干燥箱中烘干，在700℃的箱式节能电阻炉中煅烧MgC2O4持续3h，得到产物纳米氧化镁[12]。浸渍法制备催化剂Ag/MgO：取一只100mL的烧杯，加入50mL无水乙醇溶液，并向其中加入0.2g的固相法制备得到的纳米氧化镁，用超声打散。再取一只100mL烧杯，加入50mL无水乙醇溶液，再向其中加入0.2g的硝酸银，所得溶液现配现用。将氧化镁乙醇溶液的烧杯放在磁力搅拌器上，在烧杯中放入搅拌子，并向其中逐滴滴加现场制备好的硝酸银乙醇溶液，在室温25℃下持续搅拌3h后，将混合溶液用移液管吸取5mL放入离心管中，并将离心管放入离心机中离心10min，所得固体用无水乙醇洗涤，3次后放入真空干燥箱内80℃干燥2h后，随后将干燥所得固体放入坩埚中，将坩埚放在电炉上300℃下持续煅烧5h，煅烧气氛为空气，得到催化剂样品，记为Ag/MgO。催化剂活性检测：实验室偶氮废液为目标脱色染料，将实验室偶氮废液取50mL加入烧杯中，称取200mg纳米催化剂加入烧杯中，在磁力搅拌器上进行持续搅拌，加入催化剂后用移液管吸取5mL悬浊液放入离心管中，在高速离心机中以7000r/min的转速离心5min，记为0min时浓度，然后每隔10min取5mL悬浊液进行离心。收集每次离心后的上清液使用分光光度计在吸收波长为540nm处进行检测，以对比分析染料的催化降解效果。在实验前取一定量的未处理的实验室偶氮废液，放入分光光度计中，在波长未540nm处测定此时的吸光度记为A0。实验记录如表3。表3Ag/MgO协同催化偶氮废液的实验记录编号反应时间(min)吸光度(mg/L)去除率(%)100.18202100.15216.483200.12034.074300.09846.155400.07558.796500.05171.987600.04973.08偶氮染料去除率：D(%)=100%×(1)式中：D为偶氮染料的去除率(%);A0：表示吸附前溶液的吸光度（mg/L）；At：表示吸附后溶液的吸光度（mg/L）；2.2.2Na2CO3/H2O2光协同催化溶液的配制：用移液管吸取2.06mL的30%H2O2溶液放入1L容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度线，摇匀，得到浓度为0.02mol/L的H2O2溶液。称取13.25g无水碳酸钠于烧杯中，加入少量蒸馏水溶解，超声打散，然后倒入250mL容量瓶中，分3次洗涤烧杯，将洗涤溶液全部倒入容量瓶中，最后用谁稀释至刻度线，摇匀，得到浓度为0.5mol/L的Na2CO3溶液[11]。进行正式实验之前，将光源通电稳定5min，然后开始进行光照实验，将50mL的实验室偶氮废液放入烧杯中，分别加入10mL的0.5mol/LNa2CO3溶液和0.02mol/LH2O2溶液，在磁力搅拌器上进行持续搅拌，进行光照实验，其转速为50r/min。每个实验周期为3h。分别在0、30、60、90、120、150、180min是从烧杯中用移液管吸取溶液，使用分光光度计，在波长为540nm处测定实验室偶氮废液的吸光度，以进行初步定性分析。实验记录如表4。对比实验：在与前面相同的温度、湿度条件在，取两只烧杯，在其中加入50mL的实验室偶氮废液，在其中一只中分别加入10mL的0.5mol/LNa2CO3溶液和0.02mol/LH2O2溶液，在磁力搅拌器上进行持续搅拌，其转速为50r/min，实验记录如表5；将另一只放在磁力搅拌器上进行持续搅拌，进行光照实验，其转速为50r/min，实验记录如表6。在实验前取一定量的未处理的实验室偶氮废液，放入分光光度计中，在波长未540nm处测定此时的吸光度记为A0。表4Na2CO3/H2O2协同光催化偶氮废液的实验记录编号反应时间(mL)吸光度(mg/L)去除率(%)100.29802300.25315.103600.21129.194900.20331.8851200.16345.3061500.13554.7071800.11461.74表5Na2CO3/H2O2催化偶氮废液的实验记录编号反应时间(mL)吸光度(mg/L)去除率(%)100.29002300.2726.213600.2648.974900.25711.4051200.25412.4161500.25213.1071800.24914.14表6光催化偶氮废液的实验记录编号反应时间(mL)吸光度(mg/L)去除率(%)100.27602300.22319.203600.21123.554900.20625.3651200.20226.8161500.20027.5471800.19927.902.2.3TiO2光协同催化光催化降解方法：在进行正式实验之前，先将光源模拟等打开5min，将实验室偶氮废液取100mL置于200mL烧杯中，然后在其中加入0.02gTiO2粉末，将烧杯置于超声仪中打散，使TiO2呈分散状，再加入磁力搅拌子，然后将烧杯置于磁力搅拌器上开始搅拌[4]。每隔20min用移液管吸取溶液放入离心管中，将离心管放入高速离心机中，在7000r/min的转速下，离心20min，之后取离心管中的上层清液，倒入比色皿，将比色皿放入分光光度计，在最大波长为540nm处测定清液吸光度。实验记录如表7。吸附方法：取一支200mL的烧杯，在其中加入100mL的实验室偶氮废液，再加入0.02gTiO2粉末，置于超声仪中打散混合成均匀的TiO2分散液。然后在室温下，放入振荡器中振荡，每隔20min用移液管吸取溶液放入离心管中，将离心管放入高速离心机中，在7000r/min的转速下，离20min，后取离心管的上层清液，倒入比色皿中，将比色皿放入分光光度计，在波长为540nm处测定其吸光度。实验记录如表8。在实验前取一定量的未处理的实验室偶氮废液，放入分光光度计中，在波长未540nm处测定此时的吸光度记为A0。表7TiO2协同光催化偶氮废液的实验记录编号反应时间(min)吸光度(mg/L)去除率(%)100.19802200.17511.613400.15322.734600.13531.825800.11442.4261000.09452.5371200.07661.62表8TiO2催化偶氮废液的实验记录编号反应时间(min)吸光度(mg/L)去除率(%)100.21602200.2131.393400.2112.314600.2074.175800.2026.4861000.1959.7271200.19211.112.2.4零价铁吸附降解用量筒量取500mL实验室偶氮废液放入500mL烧杯中，再称取4.5g铁粉放入其中，在烧杯中放入磁性搅拌子，置于磁性搅拌器上进行实验，转速为50r/min，每间隔15min取样5mL，经过过滤后，在最大吸收波长540nm下测定降解前后的吸光度。在实验前取一定量的未处理的实验室偶氮废液，放入分光光度计中，在波长未540nm处测定此时的吸光度记为A0。实验记录如表9。表9零价铁降解偶氮废液的实验记录编号反应时间(min)吸光度(mg/L)去除率(%)100.30202150.07276.163300.04884.114450.03987.095600.03189.742.2.5强酸性偶氮废液的制备制备亚硝酸钠标准贮备液(1000μg/mL)：取一只250mL的烧杯，准确称取1.499g干燥后的亚硝酸钠放入烧杯中，向烧杯中加入200mL的蒸馏水，使其充分溶解，然后倒入1000mL容量瓶中，继续在烧杯中加入一定量的蒸馏水洗涤三次（不超过800mL），将洗涤液倒入1000mL容量瓶中，然后用蒸馏水定容至1000mL，摇匀。亚硝酸钠标准使用液(10μg/mL)：取一只500mL的容量瓶，用移液管准确吸取5.00mL的亚硝酸钠的标准贮备液放入容量瓶中，用蒸馏水定容至500mL，摇匀。需要使用时则稀释配置。盐酸溶液(1+6)：取一只500mL的烧杯，用100mL的量筒量取300mL的蒸馏水加入烧杯中，然后用50mL的量筒量取50mL的浓盐酸，用玻璃棒边搅拌边缓慢向烧杯中加入浓盐酸，摇匀。（注意：一定要缓慢加入，避免过热发生危险）对氨基苯磺酸溶液(10g/L)：称取5.0g的对氨基苯磺酸，将其放入装有350mL盐酸溶液(1+6)的烧杯中，使其充分溶解，然后倒入500mL的容量瓶中，继续在烧杯中加入一定量的蒸馏水洗涤三次（不超过150mL），将洗涤液全部倒入500mL的容量瓶中，然后用蒸馏水定容至刻度，摇匀。该试剂可以稳定数月。盐酸N-(1-萘基)-乙二胺(1.0g/L)：取一只250mL的烧杯，称取0.5g盐酸N-(1-萘基)-乙二胺放入烧杯中，向烧杯中加入200mL蒸馏水，使其充分溶解，然后倒入一只棕色的500mL容量瓶中，继续在烧杯中加入一定量的蒸馏水洗涤三次（不超过300mL），将洗涤液全部倒入容量瓶中，用蒸馏水定容至500mL，摇匀，稳定后放入冰箱中保存。该试剂可稳定数周。强酸性偶氮废液的制备：取一只1000mL的容量瓶，向其中加入400mL的亚硝酸钠标准使用液，并用水稀释至刻度线。在向其中加入40mL的对氨基苯磺酸溶液，摇匀后放置2-8min，然后加入40mL的盐酸N-(1-萘基)-乙二胺溶液，摇匀。后倒入1L的棕色试剂瓶中，备用。2.2.6零价铁处理强酸性偶氮废液的影响因素实验零价铁粉末的用量实验：在六只250mL的烧杯中分别加入100mL的强酸性偶氮废液，分别加入0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g、1.2g零价铁粉末，向其中放入搅拌子，将烧杯放置于磁力搅拌器上，持续搅拌30min，转速为50r/min，取一只抽滤漏斗安装在抽滤瓶上，在其中放入合适大小的滤纸，将抽滤瓶连接在真空抽滤机上，打开真空抽滤机，然后用移液管吸取混合液5mL放入抽滤漏斗中过滤，所得滤液使用可见光分光光度计，在波长为540nm处测定吸光度[10]。计算去除率，确定零价铁粉末的最佳用量。在实验前取一定量的未处理的强酸性偶氮废液，放入分光光度计中，在波长未540nm处测定此时的吸光度记为A0。实验记录如表10。表10零价铁粉末的用量实验记录编号零价铁用量(g/L)吸光度(mg/L)去除率(%)102.4280220.18792.30340.04098.35460.03998.39580.03098.766100.04298.277120.04398.23零价铁反应时间实验：取一只250mL的烧杯，向其中加入100mL的强酸性偶氮废液，向其中加入0.8g零价铁粉末，向其中加入搅拌子，将烧杯放置于磁力搅拌器上持续搅拌，取一只抽滤漏斗安装在抽滤瓶上，在其中放入合适大小的滤纸，将抽滤瓶连接在真空抽滤机上，打开真空抽滤机，每隔5min用移液管吸取5mL混合液放入抽滤漏斗中过滤，所得滤液使用分光光度计，在波长为540nm处测定吸光度。计算去除率，确定零价铁粉末的最佳反应时间。在实验前取一定量的未处理的强酸性偶氮废液，放入分光光度计中，在波长未540nm处测定此时的吸光度记为A0。实验记录如表11。表11零价铁反应时间的实验记录编号反应时间(min)吸光度(mg/L)去除率(%)102.4890250.39484.173100.12495.024150.04698.155200.04198.356250.03598.597300.03298.718350.03798.519400.03798.51pH对零价铁吸附效果的实验：取一只250mL的烧杯，向其中加入100mL的强酸性偶氮废液，加入0.2mol/L的NaOH溶液调节pH，用精密试纸测量溶液pH，分别在pH为2、3、4、5、6、7、8、9时，用移液管吸取5mL溶液，放入分光光度计中，在波长为540nm处测定吸光度记为吸光度An，后加入最佳的零价铁量，在磁力搅拌器上持续搅拌30min，取一只抽滤漏斗安装在抽滤瓶上，在其中放入合适大小的滤纸，将抽滤瓶连接在真空抽滤机上，打开真空抽滤机，用移液管吸取5mL混合液放入抽滤漏斗中过滤，所得滤液使用分光光度计，在波长为540nm处测定吸光度记为Am。计算去除率，确定最佳的反应pH值。实验记录如表12。表12零价铁反应pH的实验记录编号pHAnAm去除率(%)112.4950.03198.76221.9570.03998.01331.0030.03596.51440.4880.05888.11550.3930.11072.01661.0730.77627.68771.1841.01514.27881.1950.88625.86991.2141.02815.32强酸性偶氮废液去除率：D(%)=100%×(2)式中：D为强酸性偶氮废液的去除率(%)；An：表示吸附降解前溶液的吸光度(mg/L)；Am：表示吸附降解后溶液的吸光度(mg/L)；

3实验结果与讨论3.1实验方案对比结果3.1.1Ag/MgO协同催化结果本课题根据简单的原位浸渍法将银负载到纳米氧化酶上，经过干燥、煅烧处理后，将一定量加入实验室偶氮废液中，通过图1可以看出，反应50min后去除率达到73.08%。图1Ag/MgO协同催化实验室偶氮废液的反应时间与去除率图3.1.2Na2CO3/H2O2协同光催化结果本课题将一定量的0.02mol/L的H2O2溶液和0.5mol/L的Na2CO3溶液加入实验室偶氮废液中，协同光照的条件下，通过图2可以看出，反应180min后去除率达到61.74%。图2Na2CO3/H2O2协同光催化实验室偶氮废液的反应时间与去除率图由图3、4可以看出，单独的Na2CO3/H2O2催化反应相同时间去除率仅14.14%，而单独的光催化反应相同时间去除率仅13.13%。因此得出Na2CO3/H2O2协同光催化实验室偶氮废液脱色效果最佳。图3Na2CO3/H2O2催化实验室偶氮废液的反应时间与去除率图图4光催化实验室偶氮废液的反应时间与去除率图3.1.3TiO2协同光催化结果本课题将一定量的TiO2粉末加入实验室偶氮废液中，协同光照的条件下，通过图5可以看出，在反应时间达到120min时，去除率达到61.62%。图5TiO2协同光催化实验室偶氮废液的反应时间与去除率图由图6可以看出单独的TiO2催化降解相同时间去除率仅11.11%。因此得出TiO2协同光催化实验室偶氮废液脱色效果更好。图6TiO2催化降解实验室偶氮废液的反应时间与去除率图3.1.4零价铁吸附降解结果本课题将一定量的零价铁粉末加入实验室偶氮废液中，在磁力搅拌器上持续搅拌，通过图7可以看出，在反应时间达到60min时，去除率达到89.74%。图7零价铁吸附实验室偶氮废液的反应时间与去除率图3.1.5对比结果经过对比四个实验方案，取相同时间段60min，Ag/MgO协同催化实验室偶氮废液去除率为73.08%；Na2CO3/H2O2协同催化实验中，Na2CO3/H2O2协同光催化实验室偶氮废液的脱色效果最好，去除率29.19%；TiO2协同催化实验中，TiO2协同光催化实验室偶氮废液的脱色效果最好，去除率31.82%；零价铁吸附降解实验室偶氮废液的去除率为89.74%。相较而言，四种方法中，Ag/MgO协同催化因存在催化剂制作复杂，工艺环节过多，系统误差较大的原因，脱色效果未能最佳；而Na2CO3/H2O2协同光催化和TiO2协同光催化都存在反应过慢，反应时间过长的问题，达不到高效脱色效果；零价铁吸附降解实验操作过程简便，脱色效果明显，去除率高达89.74%，因此选择此实验方案做后续优化实验。3.2零价铁处理强酸性偶氮废液的影响因素的结果3.2.1反应时间对零价铁吸附强酸性偶氮废液效果的影响由图8可以看出，当初始pH为1的条件下，强酸性偶氮废液的去除率随着时间逐渐升高，直到反应30min时去除率达到最大值为98.71%，而反应30min时的去除率和反应35min以及之后的去除率相差不大，因此得出该反应在30min时接近于平衡状态，此时的反应基本完成。所以选择反应时间为30min作为后续优化实验的条件。图8反应时间对强酸性偶氮废液的降解效果的影响3.2.2溶液pH对零价铁吸附强酸性偶氮废液效果的影响由图9可以看出，在反应时间为30min时，强酸性偶氮废液的去除率随着pH值的升高而逐渐减小，当pH值为1时去除率为98.76%，当pH值为2时去除率为98.01%，证明零价铁在酸性条件下，对偶氮废液的吸附降解效果更适合。酸性条件下，零价铁极其容易失去电子从而产生较多的二价铁离子，而二价铁离子对于大部分有机废液有着重要的还原作用，因为其活泼的化学性质以及较强的还原性，在产生二价铁离子的同时，消耗溶液中过量的氢离子，在此电解过程中产生的活性氢与偶氮染料分子相互作用，有利于使形成有色染料的氮氮双键断键，使溶液中的大分子化合物被还原为小分子化合物，从而达到较好的脱色效果；而在碱性的条件下，由于碱性的加强，从而使铁的表面发生钝化反应，在其表面形成了一种保护膜，盖住了零价铁上面的一些反应位点，使反应速率减缓甚至是停止，因此去除率大幅度下降[13-14]。由于强酸性偶氮废液制备时的初始pH为1，考虑到实验的简便性，所以选择在pH值为1时作为后续优化实验的条件。图9反应pH值对强酸性偶氮废液的降解效果影响3.2.3零价铁用量对吸附强酸性偶氮废液效果的影响由图10可以看出，在pH=1，反应时间为30min时，随着还原铁粉的增加强酸性偶氮废液的去除率逐渐增加，直到零价铁用量达到8g/L的去除率达到最大值为98.75%，而零价铁用量为8g/L和10g/L以及之后的去除率相差不大。因此得出在该条件下，还原铁粉的用量为8g/L时，此反应脱色效果最佳。所以选择在还原铁粉用量为8g/L时做为后续优化实验的条件。图10还原铁粉的用量对强酸性偶氮废液的降解效果影响4结论本课题以实验室偶氮废液作为研究对象，使用Ag/MgO催化、Na2CO3/H2O2协同光催化、TiO2协同光催化和零价铁吸附降解四种方法，对实验室偶氮废液的脱色效果做了初步探究，从而筛选出1-2种脱色效果较好的方案，以得到较好的方法做进一步优化处理工艺。研究结果表明，在相同时间条件下，Na2CO3/H2O2协同光催化和TiO2协同光催化反应速率较慢；而Ag/MgO催化效果较好，但处理过程复杂且工序较多；零价铁处理过程简洁且效果极佳。探究了在反应时间为30min，反应pH=1，还原铁粉加入量为8g/L的反应条件下，零价铁对强酸性偶氮废液的处理脱色效果最佳，此方法处理过程简单并且可以有效的节约成本，对传统的处理偶氮废水提供了一定的理论依据与应用前景。

参考文献[1]. 偶氮染料毒性效应研究进展.[2]. 陈兰菊,李发堂与王荣耕.改性氧化铝对偶氮染料甲基橙的吸附和催化研究.in第十一届全国环境催化与环境材料学术会议.2018.中国辽宁沈阳.[3]. 王丹军等,苏丹Ⅲ在有机溶剂中的光催化降解研究.安徽农业科学,2010.38(07):第3654-3656页.[4]. 董永春等,不同结构偶氮染料在TiO_2纳米颗粒表面的吸附和光催化降解.过程工程学报,2007(04):第668-673页.[5]. 奚锐等,基于QSAR对偶氮染料光响应性及降解路径研究.化学研究与应用,2021.33(01):第68-74页.[6]. 王嘉璐等,基于芬顿氧化反应的新型固体催化剂对偶氮染料降解的作用.环境保护与循环经济,2020.40(4):第27-28页.[7]. 陈卫刚,武海霞与樊佳炜,活性炭非均相活化不同过硫酸盐降解偶氮染料酸性橙Ⅱ.环境工程,2020.38(08):第113-118+57页.[8]. 陈俊等,镁基污泥炭催化臭氧氧化去除废水中偶氮染料特性研究.佳木斯大学学报（自然科学版）,2020.38(4):第113-116页.[9]. 詹琪等,双金属