芬顿（Fenton）试剂对染料的脱色及降解

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1 芬顿（Fenton）试剂对染料的脱色及降解

2 1.背景 印染废水是加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水。纺织印染废水具有水量大、有机污染物含量高、碱性大、水质变化大等特点。印染废水主要含有染料、料浆、染色助剂及纤维杂质、油剂、酸、碱及无机盐等，成分复杂且排放量大，色度高、碱度大、pH较高，生物难降解物多及多变化，被公认为是最难治理的主要有害废水之一。 印染直接排放对人类健康和生存环境带来极大危害，同时造成水资源的浪费。随着国家和社会对环境保护要求的日益重视和对可持续发展的要求，传统的处理方法已越来越难以满足生产和环保的要求。

3 印染废水常用的处理方法如下： ①化学混凝法 混凝剂可用硫酸铝、硫酸亚铁、聚氯化铝、聚丙酰胺等。染料废水絮凝沉淀的处理效果，取决于混凝剂、助凝剂的选择和用量，废水的pH值和混凝的水力条件。化学混凝法一般可去除色度约70～90%，COD（化学需氧量）50～80%。 ②生物法　常用的生物法有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法和厌氧生物法等。生物法可处理大部分染料废水。废水中含胺类、酚类等，用生物法处理有较好效果。对酸性和碱性废水，可先经中和处理后再用生物法处理；对偶氮染料和硫化染料废水，可先经还原和氧化处理，降低其毒性后，再用生物法处理。 ③吸附法　常用的吸附剂有活性炭、活性硅藻土、活化煤、活性白土、褐煤和高分子吸附剂等。一般使用粒状活性炭或活化煤。各种吸附剂对不同类型染料生产废水的吸附能力是有差异的，即吸附剂具有选择性。吸附法能去除废水中难以分解的物质；对于不宜用生物法处理的废水，或生物法处理后达不到排放标准的废水，可用吸附法处理。如果废水中含有机物浓度高，采用活性炭吸附处理是不经济的。

4 Fe3+ +H2O2+OH-→Fe2+ +H2O+HO·
④氧化法　这种方法是通过强烈的氧化作用，以破坏废水中的有机物，从而达到较彻底地脱色、去毒、去味和脱臭的目的。它是目前染料废水处理研究的热点课题之一。可采用的氧化法有臭氧氧化、加氯氧化、射线氧化、光氧化、电解氧化、湿式空气氧化、燃烧和硝酸空气氧化等方法。Fenton试剂是以亚铁离子(Fe2+)为催化剂用过氧化氢(H2O2)进行化学氧化的废水处理方法。由亚铁离子与过氧化氢组成的体系，也称芬顿试剂，它能生成强氧化性的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。本实验即采用芬顿试剂氧化降解难生化降解的有机污染物-染料。芬顿反应主要反应大致如下： Fe2+ +H2O2→Fe 3+ +OH-+HO· Fe3+ +H2O2+OH-→Fe2+ +H2O+HO· Fe3+ +H2O2→Fe2+ +H+ +·HO2 ·HO2+H2O2→H2O+O2↑+HO· 除上述方法外，还可用离子交换法、反渗透法、萃取法、泡沫分离法和焚烧法等，进行物料回收和废水的无害化处理。

5 2. 实验目的 熟悉含染料废水的特点，掌握芬顿法原理及影响因素。 3. 实验仪器与药品 六联搅拌器，可见分光度计，COD测定仪，pH计，500 mL烧杯；所有试剂采用分析纯试剂，硫酸亚铁和双氧水为化学纯，双氧水有效含量为30%，酸性橙Ⅱ为商品染料，其分子结构式见下图：

6 4. 实验步骤 ①配制4g/L酸性橙Ⅱ水溶液作为模拟储备溶液，然后以此配制400mg/L的酸性橙Ⅱ溶液，作为模拟印染废水。 ②废水初始pH的影响：以硫酸或氢氧化钠调整400mL上述配制的酸性橙Ⅱ溶液的初始pH值分别为3.0、7.0和8.0。再分别投加双氧水0.6ml/L，硫酸亚铁300mg/L，混合、反应2小时。在其最大吸收波长处测定吸光度之前，投加氢氧化钠将水样的pH值调整到约8.0，适当地混合之后静止沉淀，取上清液分析。注意观察实验现象。反应完毕后染料溶液的处理后同。 ③双氧水投加量的影响：以硫酸或氢氧化钠调整400mL上述配制的酸性橙Ⅱ溶液的初始pH值分别为3.0，硫酸亚铁300mg/L，双氧水投加量为0.6mL/L。混合、反应2小时。 ④硫酸亚铁投加量的影响：以硫酸或氢氧化钠调整400mL上述配制的酸性橙Ⅱ溶液的初始pH值分别为3.0，硫酸亚铁10和600mg/L，双氧水投加量为0.6mL/L。混合、反应2小时。

7 ⑤水样中葡萄糖的影响：本实验主要是为了考察废水中其他有机物同染料的竞争反应。以硫酸或氢氧化钠调整400mL上述配制的酸性橙Ⅱ溶液的初始pH值分别为3.0，葡萄糖投加量分别为100mg和400mg，硫酸亚铁300 mg/L，双氧水投加量为0.6mL/L。混合、反应2小时。⑥模拟废水芬顿试剂氧化处理矿化程度表征：取pH=3.0，硫酸亚铁300 mg/L，双氧水投加量为0.6mL/L条件下，测定上清液CODcr。 5. 实验结果计算与处理 脱色率（D%）计算公式： 其中A0为染料溶液初始吸光度，A为染料溶液反应完毕后上清液吸光度。 矿化率（即COD去除率）计算公式： 其中COD0为染料溶液化学需氧量，COD为染料溶液反应完毕后上清液化学需氧量。

8 主要实验结果要求以EXCEL作图表示，难以作线形图的，可以采用柱状图。

9 6. 思考题 ①芬顿反应完毕后调节pH为8.0的作用是什么？ ②芬顿反应为什么最佳pH为酸性？
③通过实验，你认为利用芬顿试剂处理染料废水具有哪些优点和缺点？