染料廢水是我國(guó)主要的水污染源之一，其具有水量大、有機(jī)污染物含量高、色度高、堿性大、有機(jī)物難生化降解等特點(diǎn)，屬水處理的難題之一。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外常用的處理方法有化學(xué)絮凝法、化學(xué)氧化法、吸附法、電化學(xué)法、生物處理法和高級(jí)氧化等方法。傳統(tǒng)的高級(jí)氧化技術(shù)主要是通過(guò)產(chǎn)生羥基這種活性物質(zhì)去除污染物，而過(guò)硫酸鹽氧化法是基于硫酸自由基(SO₄^－•)的一類(lèi)新的高級(jí)氧化技術(shù)。過(guò)硫酸鹽在反應(yīng)的過(guò)程中會(huì)被分解，從而產(chǎn)生過(guò)硫酸根離子(S₂O₈^2－)，分子中含有氧化性較強(qiáng)的雙氧鍵O－O，標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位是+2．02V，接近O3(E0=+2．06V)。但是Na₂S₂O₈相對(duì)來(lái)說(shuō)較穩(wěn)定，通常去除污染物的效率不高，需過(guò)渡金屬(如鈷)催化活化S₂O₈^2－分解為SO₄^－•，其氧化還原電勢(shì)是2．5～3．1V，能激發(fā)產(chǎn)生很多高活性的氧化物質(zhì)，啟動(dòng)序列自由基的分散和結(jié)束的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，將有機(jī)污染物分解轉(zhuǎn)化為二氧化碳和無(wú)機(jī)酸。因此過(guò)硫酸鹽的氧化方法是基于硫酸自由基的一種高級(jí)氧化技術(shù)，具有反應(yīng)穩(wěn)定、條件溫和等優(yōu)勢(shì)而被關(guān)注和研究。

以橙黃II染料作為污染物，制備沸石載鈷活化劑，研究活化劑投加量、初始pH等因素，對(duì)沸石載鈷活化劑催化過(guò)硫酸鈉去除橙黃II染料降解效率的影響，并且探究超聲波對(duì)反應(yīng)效率的強(qiáng)化作用。

1、材料與方法

1．1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)儀器主要有:紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(AM1307004);恒溫振蕩器(DKZ－2);程序控溫箱式電阻爐(SX2－2．5－12);X射線衍射儀(TD－3500);冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SU8010)。

主要試劑有:天然沸石;過(guò)硫酸鈉;橙黃II;硝酸鈷;氫氧化鈉;鹽酸;甲醇，試劑均為分析純。

1．2 沸石載鈷活化劑的制備

取一定量粒徑是100目的沸石投放到硝酸鈷浸漬液中，讓沸石在硝酸鈷溶液里浸漬震蕩12h(恒溫25℃)，再經(jīng)105℃烘干，然后磨碎放入程序控溫箱式電阻爐用10℃/min的速度進(jìn)行升溫，升溫500℃后煅燒2h，自然冷卻，對(duì)樣品進(jìn)行研磨再過(guò)100目標(biāo)準(zhǔn)分樣篩，干燥以備使用。

1．3 染料廢水橙黃II配制及測(cè)定

用橙黃II染料配制的溶液為染料廢水進(jìn)行研究。對(duì)不同濃度的染料廢水進(jìn)行200nm－800nm的紫外－可見(jiàn)光譜掃描，觀察可得波長(zhǎng)484nm時(shí)橙黃II溶液的吸光度達(dá)到最高。

2、結(jié)果與分析

2．1 沸石載鈷活化劑的物化特性及其表征分析

2．1．1 活化劑物相組成分析

通過(guò)熱解得到的沸石載鈷活化劑試樣的XRD圖譜，如下圖1所示。

如圖1所示，沸石載鈷樣品有明顯的二氧化硅衍射峰，以及對(duì)應(yīng)的鈷氧化物的衍射峰，除此之外并未發(fā)現(xiàn)其他物質(zhì)的衍射峰，證明制備的活化劑是沸石載鈷活化劑。

2．1．2 天然沸石和活化劑形貌

用冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面特征，如圖2所示，對(duì)比(a)和(b)圖可見(jiàn)，沸石載鈷活化劑相較于天然沸石的表面更光滑，表明鈷能較好的負(fù)載在天然的沸石表面。

2．2 沸石載鈷活化劑催化過(guò)硫酸鈉降解染料廢水性能研究

2．2．1 活化劑投加量對(duì)染料廢水降解的影響

通過(guò)控制沸石載鈷活化劑的投加量，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，沸石載鈷活化劑對(duì)活化過(guò)硫酸鹽效果影響明顯，隨沸石載鈷活化劑加入量增多，染料去除效果明顯提高。在未加入活化劑條件下，系統(tǒng)對(duì)橙黃II降解效果較差，60min降解率為10%，不加入活化劑只加入過(guò)硫酸鹽，廢水只能被部分降解，過(guò)硫酸鈉本身雖然具有強(qiáng)氧化性，但是在常溫條件里特性十分穩(wěn)定，不會(huì)生成含強(qiáng)氧化性活性自由基，所以廢水的降解效率不高。當(dāng)加入0．5g活化劑后，橙黃II降解效果明顯提高，增加至60min降解率提高至46%。當(dāng)活化劑投加量從0．5g增加到2g時(shí)，染料廢水橙黃II降解率逐漸增加，降解率由46%增加至92%。這可能是因?yàn)楦�多沸石載鈷加入量可以增加過(guò)硫酸鈉分解活性位點(diǎn)，在反應(yīng)時(shí)間相同時(shí)被氧化有機(jī)物量增大。當(dāng)活化劑使用量由2g增高到2．5g時(shí)候，反應(yīng)60min降解率都是90%以上，且變化幅度不大，因此實(shí)驗(yàn)所用活化劑加入量定為2g。

2．2．2 溶液初始pH對(duì)橙黃Ⅱ廢水去除的影響

調(diào)控橙黃II染料廢水的初始pH，得到pH2、4、6、8、10的染料廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，活化劑的加入量控制在2g，用5%的沸石載鈷活化劑，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)pH值為2時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)染料效果降解率最低，60min橙黃II的降解率為64%，隨著pH的提高，橙黃II的降解率不斷地提高，pH為10時(shí)，50min橙黃II的降解率已達(dá)96%�；罨瘎┰诨罨�過(guò)硫過(guò)硫酸鈉反應(yīng)過(guò)程中，pH的變化對(duì)染料橙黃II的降解影響明顯，在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在堿性條件下有利于反應(yīng)產(chǎn)生硫酸根自由基，從而提高了反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)染料橙黃II的降解。

2．2．3 超聲波對(duì)染料廢水降解的影響

通過(guò)其他手段進(jìn)一步提高活化過(guò)硫酸鹽效率，實(shí)驗(yàn)采用超聲波的方法進(jìn)一步提高活化效率，將50mL初始濃度是100mg/L的橙黃Ⅱ染料廢水的pH值控制為10，投加2g負(fù)載為5%的沸石載鈷活化劑，再迅速加入2g的過(guò)硫酸鈉，在室溫下將其放入超聲波清洗器中開(kāi)始反應(yīng)，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以得出，超聲作用10min，染料廢水的降解是常規(guī)振蕩下的2倍，幾乎與常規(guī)振蕩50min時(shí)的降解效果相近，在10min反應(yīng)時(shí)間時(shí)橙黃II的降解率為93%。超聲波在反應(yīng)體系中，可產(chǎn)生超聲空化作用，與過(guò)硫酸鹽發(fā)生反應(yīng)，引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，形成自由基，對(duì)染料橙黃II進(jìn)行降解，此外空化泡崩潰可產(chǎn)生強(qiáng)的沖擊波對(duì)橙黃II中的苯環(huán)或者化學(xué)鍵進(jìn)行破壞，使得橙黃II發(fā)生降解。

3、結(jié)論

制備的沸石載鈷活化劑具有較好的活化性能，當(dāng)染料橙黃II廢水的初始濃度是100mg/L時(shí)，當(dāng)鈷負(fù)載量為5%，沸石載鈷活化劑的加入量為2g，溶液的pH為10，過(guò)硫酸鈉使用量為2g的時(shí)候，橙黃Ⅱ的降解效果達(dá)到最佳，60min去除率達(dá)到96%。超聲波對(duì)反應(yīng)具有強(qiáng)化作用，反應(yīng)時(shí)間為10min時(shí)去除率即可達(dá)到93%。該技術(shù)可應(yīng)用于染料廢水處理。（來(lái)源：合肥供水集團(tuán)有限公司，合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系）