染料廢水具有污染物濃度高、色度深、難生物降解等特點，易引發(fā)許多環(huán)境污染問題。在探尋高效、經(jīng)濟(jì)地處理染料廢水的諸多方法中，F(xiàn)enton試劑氧化法因其反應(yīng)速率快、操作簡單等優(yōu)點備受重視。但是傳統(tǒng)的Fenton試劑氧化體系需要在較低的pH范圍（小于4）內(nèi)反應(yīng)，且鐵離子的分離和重復(fù)利用也受到一定限制。為了在更寬的pH范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)并使催化劑得到充分利用，更多的研究趨向于非均相Fenton試劑氧化反應(yīng)催化劑的研制。由于Fe在自然界含量豐富，對環(huán)境無毒，F(xiàn)e- H2O2 體系及其耦合技術(shù)被廣泛研究，如Lucking等以H2O2為氧化劑，以Fe粉、石墨、活性炭為催化劑降解水中的4-氯酚，他們認(rèn)為Fe粉可以代替Fe鹽作為Fenton試劑氧化反應(yīng)的催化劑。此外，微波技術(shù)也廣泛應(yīng)用于有機(jī)物的降解中，微波不僅能改變體系的熱力學(xué)函數(shù)，降低反應(yīng)的活化能和分子的化學(xué)鍵強(qiáng)度，還可以促進(jìn)一些難以進(jìn)行的反應(yīng)的發(fā)生，因此微波技術(shù)在化學(xué)合成、環(huán)境工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

本工作以羅丹明B模擬廢水為處理對象，考察微波輔助Fe-H2O2協(xié)同作用對高濃度羅丹明B廢水的脫色效果，并探討了不同影響因素對羅丹明B去除效果的影響。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

羅丹明B：分析純；雙氧水：質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，分析純；Fe粉：過100目篩，分析純。

pH S-3S型pH計：上海理達(dá)儀器廠；UV-2450型紫外-可見分光光度計：日本島津公司；微波反應(yīng)器：格蘭仕微波爐自行改裝。

1.2 實驗方法

取200 mL一定質(zhì)量濃度的廢水，用濃度為0.1mol/L的HNO3溶液或濃度為0.1 mol/L 的NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水pH，加入Fe粉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的H2O2。在300 W微波輻射下反應(yīng)一段時間，取樣分析。測定時將廢水稀釋10倍，于波長552 nm處測其吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 廢水pH對羅丹明B去除率的影響

當(dāng)初始羅丹明B質(zhì)量濃度為100 mg/L、Fe粉加入量為50 mg/L、H2O2加入量為10.0 mL/L時，廢水pH對羅丹明B去除率的影響見圖1。由圖1可見：當(dāng)廢水pH為3.0和4.0時，羅丹明B去除率隨反應(yīng)時間延長而迅速增大，廢水脫色完全；隨著廢水pH升高，羅丹明B去除率減小，脫色速率變慢。這是由于廢水pH影響了Fe在水溶液中的化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)廢水pH較低時，F(xiàn)e被氧化成Fe2+，F(xiàn)e2+進(jìn)而與H2O2作用生成羥基自由基，從而氧化去除羅丹明B；而在較高pH條件下，鐵離子的水解作用成為主要反應(yīng)，F(xiàn)e的氫氧化物沉淀附著于Fe粉的表面，阻礙了Fe2+的溶出以及Fe3+的循環(huán)利用。同時，H2O2在強(qiáng)堿性條件下較易分解，不利于其利用。

一般認(rèn)為傳統(tǒng)Fenton試劑氧化法的最佳pH為3.0，且都是在酸性條件下才能進(jìn)行。而微波輔助Fe-H2O2體系能夠在廢水pH為4.0時仍能達(dá)到較快較好的處理效果，反應(yīng)12 min時羅丹明B的去除率為98.7%，故在該體系下Fenton試劑氧化反應(yīng)的pH范圍比傳統(tǒng)的Fenton試劑氧化反應(yīng)寬。

 2.2 H2O2加入量對羅丹明B去除率的影響

當(dāng)初始羅丹明B質(zhì)量濃度為100 mg/L、廢水pH為4.0、Fe粉加入量為50 mg/L時，H2O2加入量對羅丹明B去除率的影響見圖2。由圖2可見：隨著H2O2加入量的增加，羅丹明B去除率增大；當(dāng)H2O2加入量小于10.0 mL/L時，羅丹明B不能被完全去除，這主要是由于當(dāng)H2O2較少時廢水中沒有足夠的Fe2+產(chǎn)生，但隨著H2O2加入量增加到12.5 mL/L時，羅丹明B去除率較H2O2加入量為10.0 mL/L時未有明顯改變。當(dāng)投加過量的H2O2時，H2O2 同時會充當(dāng)自身的消除劑，從而減少了廢水中羥基自由基的量。因此，在本實驗中，H2O2的最佳加入量為10.0 mL/L。

 2.3 Fe粉加入量對羅丹明B去除率的影響

當(dāng)初始羅丹明B質(zhì)量濃度為100 mg/L、廢水pH為4.0、H2O2的加入量為10.0 mL/L時，F(xiàn)e粉加入量對羅丹明B去除率的影響見圖3。由圖3可見：當(dāng)Fe粉加入量為40 mg/L時，羅丹明B的去除率較低；當(dāng)Fe粉加入量為50 mg/L時，反應(yīng)時間相同時，羅丹明B去除率最大，說明去除速率較快；當(dāng)Fe粉加入量繼續(xù)增大時，羅丹明B去除率減小，去除效果下降。這種現(xiàn)象主要是因為Fe粉的加入量不同，影響Fe2+的溶出，而過量的Fe2+同樣會成為羥基自由基的消除劑。在本實驗中，F(xiàn)e粉最佳加入量為50 mg/L。

 2.4 初始羅丹明B質(zhì)量濃度對羅丹明B去除率的影響

當(dāng)廢水pH為4.0、H2O2的加入量為10.0 mL/L、Fe粉加入量為50 mg/L時，初始羅丹明B質(zhì)量濃度對羅丹明B去除率的影響見圖4。由圖4可見：隨著初始羅丹明B質(zhì)量濃度的增加，其去除率減��；當(dāng)初始羅丹明B質(zhì)量濃度為50 mg/L、反應(yīng)10 min時，羅丹明B的去除率已達(dá)到100%，當(dāng)初始羅丹明B質(zhì)量濃度分別為100，150，200 mg/L時，反應(yīng)12 min羅丹明B的去除率分別為98.7%，74.5%，59.8%。這主要是由于初始羅丹明B質(zhì)量濃度高，廢水中羥基自由基及其他氧化劑含量相對較少，同時，降解過程中的中間產(chǎn)物的量也會較多，導(dǎo)致羅丹明B去除速率下降。

 2.5 對比實驗

在上述最佳實驗條件下，不同反應(yīng)體系對羅丹明B去除率的影響見圖5。

 由圖5可見，在水浴輔助Fe-H2O2、微波輔助H2O2和微波輔助Fe體系中各反應(yīng)12 min后，羅丹明B去除率分別達(dá)到78.1%，50.2%，30.8%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于微波輔助Fe-H2O2體系對羅丹明Bz的去除率，可見微波對Fe-H2O2處理羅丹明B的去除具有較強(qiáng)的輔助作用。

在微波輔助Fe體系中，微波作用于Fe粉能引起其表面迅速升溫，1 min能達(dá)到370~540 ℃。高溫和酸性環(huán)境改變了Fe粉表面性質(zhì)，并吸附部分羅丹明B，這兩方面作用使溶液中羅丹明B部分降解。在微波輔助 H2O2體系下，羅丹明B的去除率為50.2%，這是因為H2O2在微波輻射下能夠產(chǎn)生包括羥基自由基在內(nèi)的一些自由基，可使羅丹明B降解。

對不同反應(yīng)體系中羅丹明B的去除反應(yīng)進(jìn)行了動力學(xué)擬合，結(jié)果為準(zhǔn)一級動力學(xué)。不同反應(yīng)體系下的準(zhǔn)一級反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)見表1。由表1可見，微波輔助Fe-H2O2體系降解羅丹明B的k1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他反應(yīng)體系。在微波的作用下，降低了微波輔助Fe-H2O2體系的反應(yīng)活化能，并且使Fe和H2O2反應(yīng)加快，促進(jìn)羥基自由基的生成，加速羅丹明B的去除。

 2.6 Fe粉的重復(fù)使用

在微波輔助Fe-H2O2體系最佳實驗條件下進(jìn)行Fe粉重復(fù)利用實驗。反應(yīng)時間為12 min，每一次實驗完成后，傾出反應(yīng)液，再加入廢水和H2O2。經(jīng)5次實驗，羅丹明B去除率接近100%，反應(yīng)器底部仍有Fe粉殘留。

2.7 微波輔助Fe-H2O2體系中羅丹明B廢水的紫外光譜

羅丹明B具有一個氧雜蒽環(huán)結(jié)構(gòu)，在環(huán)的兩邊是N-乙烷基，這種特殊的結(jié)構(gòu)使它在水溶液中相對穩(wěn)定。微波輔助Fe-H2O2體系不同反應(yīng)時間時羅丹明B廢水的紫外光譜譜圖見圖6。由圖6可見：羅丹明B在553 nm處具有最大吸收峰；隨著反應(yīng)時間的延長，廢水的最大吸收峰值明顯減小，且最大吸收波長發(fā)生了一定的藍(lán)移，最大吸收峰逐步從553 nm偏移到520 nm左右，廢水的顏色也由原來的紅色逐漸變?yōu)闊o色。Hu等認(rèn)為這種藍(lán)移現(xiàn)象是由于羅丹明B經(jīng)一系列脫乙基反應(yīng)后產(chǎn)生的中間產(chǎn)物形成的。因此，在微波輔助Fe-H2O2體系中，羅丹明B結(jié)構(gòu)的脫乙基過程是主要的降解過程。

 3 結(jié)論

a）微波輔助Fe-H2O2體系聯(lián)合處理羅丹明B廢水，可提高羅丹明B去除率和去除速率，同時在該體系下Fenton試劑氧化反應(yīng)的pH范圍較傳統(tǒng)的Fenton試劑氧化反應(yīng)要寬。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

b）Fe粉、H2O2的加入量存在一個臨界值，當(dāng)加入量高于臨界值時，羅丹明B去除率不增反降。最佳實驗條件為廢水pH為4.0，F(xiàn)e粉加入量為50 mg/L，H2O2加入量為10.0 mL/L。對于初始羅丹明B質(zhì)量濃度為100 mg/L的廢水，在此條件下反應(yīng)12 min，羅丹明B的去除率達(dá)到98.7%。

c）Fe粉可多次使用。經(jīng)5次使用時，反應(yīng)12min后羅丹明B去除率接近100%。