當今，紡織工業(yè)染料廢水污染已經(jīng)成為一個(gè)嚴重的環(huán)境問(wèn)題，吸引了越來(lái)越多的關(guān)注。由于偶氮染料化學(xué)結構穩定，毒性大，難以通過(guò)生物方法和常規化學(xué)法進(jìn)行處理，因此，偶氮染料的廢水處理對于紡織產(chǎn)業(yè)是一個(gè)挑戰。近年來(lái)，UV/H2O2、光催化氧化、電化學(xué)氧化法等高級氧化處理工藝，在處理有毒有害廢水方面得到了廣泛的研究。作為高級氧化處理技術(shù)，由Fe2+和H2O2組成的Fenton 試劑作為一種強氧化劑，在廢水處理中有著(zhù)廣闊的應用前景，但通常存在產(chǎn)生鐵泥和低脫色率等缺陷，關(guān)于類(lèi)Fenton 試劑處理染料廢水的研究已有相關(guān)文獻報道。在多相催化體系中，磁性納米粒子具有高比表面積，高催化活性，提高反應速率及易回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，吸引了人們對于其在Fenton法反應中的應用，但傳統加熱Fe3O4/H2O2體系類(lèi)Fenton 法處理羅丹明B時(shí)，存在Fe3O4催化H2O2效果不強，過(guò)氧化氫的利用率和催化處理率低等問(wèn)題，因此，為了克服Fe3O4/H2O2體系在Fenton 法反應中的缺陷，Fe3O4/H2O2體系可以通過(guò)微波加熱，利用微波特殊加熱原理，來(lái)提高催化體系脫色能力。本文在實(shí)驗室條件下，應用微波輔助類(lèi)Fenton 法處理廢水中的羅丹明B，對反應條件: 過(guò)氧化氫濃度，催化劑Fe3O4用量，反應時(shí)間和反應溫度等進(jìn)行了探討，也對催化劑循環(huán)使用情況進(jìn)行了研究，為微波－類(lèi)Fenton反應聯(lián)合工藝應用于有機廢水處理提供參考。
1 材料與試劑
1．1 試劑
FeCl2，FeCl3·6H2O，NaOH，30%雙氧水，羅丹明B，濃鹽酸，實(shí)驗所用試劑均為分析純，均來(lái)自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司，實(shí)驗用水為超純去離子水。
1．2 儀器
MAS－Ⅱ微波反應器(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)，Zetasirer nano ZS90(馬爾文儀器公司)，PHS-2F 精密酸度計(上海虹益儀器儀表有限公司)，UV-2401PC 型紫外可見(jiàn)分光光度計測量分析儀(日本島津公司)，電子天平(福建名牌產(chǎn)品)，電子調溫電熱套(天津市泰斯特儀器有限公司)，SHB－IIIA 型水循環(huán)真空泵(鄭州長(cháng)城科工貿有限公司)
2 實(shí)驗部分
2．1 催化劑Fe3O4制備
磁性納米粒子Fe3O4通過(guò)化學(xué)共沉淀方法制備。在N2保護下，取FeCl2(1．27g，10 mmol)和FeCl3·6H2O(5．40g，20 mmol)溶于100 mL 無(wú)氧水中，制得100 mL 0．3 mol·L-1金屬離子溶液(其中含有0．1 mol·L-1 Fe2+和0．2 mol·L-1Fe3+)，其后將金屬離子溶液緩慢滴加到100mL 3mol·L-1NaOH 溶液中，水浴加熱，當溫度升到95°C時(shí)，恒溫反應2h，然后在冰水中冷卻至室溫，用強磁鐵從溶液中將制的磁性納米顆粒分離出來(lái)，并用50 mL 清水洗滌三次。將制取的固體顆粒在60°C下烘干12 h，得到磁性粉末即樣品(Fe3O4，平均粒徑= 18 nm)。
2．2 羅丹明B脫色實(shí)驗
取40．0 mL一定質(zhì)量濃度的羅丹明B 溶液于錐形瓶中，加入適量的30% H2O2和Fe3O4，以0．4 mol/L HCl 調體系pH值到4，置于MAS-Ⅱ微波反應器，在300W 功率下反應一段時(shí)間，離心分離后，在最大吸收波長(cháng)處測定清液的吸光度。磁性催化劑用磁鐵從反應殘渣中分離回收，并用于循環(huán)脫色反應。
在相同實(shí)驗條件下，我們也進(jìn)行了傳統加熱的類(lèi)Fenton法脫色羅丹明B 廢水對比實(shí)驗。
2．3 分析方法
納米材料的粒徑通過(guò)Zetasirer nano ZS 進(jìn)行測量，pH 值使用酸度計進(jìn)行測量，溶液吸光度采用752 型紫外可見(jiàn)分光光度計進(jìn)行測定。
羅丹明B 脫色率按式(1)計算，
式中: A0為反應前羅丹明B 廢水的吸光度，A1為反應后羅丹明B 廢水的吸光度。
3 結果與討論
3．1 過(guò)氧化氫濃度對羅丹明B 脫色率的影響
由圖1 可見(jiàn)，在5 min 內，在沒(méi)有過(guò)氧化氫存在，單獨使用催化劑Fe3O4情況下，羅丹明B 脫色率僅有8%。這一結果表明，在沒(méi)有過(guò)氧化氫的存在下，Fe3O4難以脫色羅丹明B。向含有Fe3O4溶液中加入過(guò)氧化氫，羅丹明B 迅速被氧化脫色，羅丹明B 脫色率隨過(guò)氧化氫濃度的增加而提高。當過(guò)氧化氫的濃度達到5．0 mL/L時(shí)，在5 min 內，羅丹明B 脫色率達到100%，當過(guò)氧化氫的濃度減少到1．0 mL/L，在相同的時(shí)間內，羅丹明B 脫色率只有29% (圖1)。因此，比較羅丹明B 脫色率，過(guò)氧化氫最佳濃度為5．0 mL/L。
3．2 催化劑Fe3O4
用量對羅丹明B 脫色率的影響催化劑Fe3O4用量對羅丹明B 脫色率的影響，如圖2 所示。由圖2 可知，脫色率隨著(zhù)催化劑的用量增加先提高后降低。當催化劑用量在1．25g/L時(shí)，羅丹明B 脫色率達到100%。使用更多量的催化劑Fe3O4時(shí)，脫色率開(kāi)始下降，其原因可能是活性離子Fe2 +/Fe3+增加，羥基自由基產(chǎn)生過(guò)快，過(guò)多的羥基自由基和其他自由基發(fā)生鏈終止反應，氧化能力因此降低，羅丹明B 脫色率也隨之降低。因此，催化劑Fe3O4最佳用量選擇1．25g/L。
3．3 反應時(shí)間對羅丹明B 脫色率的影響
實(shí)驗考察了通過(guò)不同處理工藝比較，反應時(shí)間對羅丹明B 脫色率的影響，實(shí)驗結果如圖3。從圖3 可以看出，在5min 內，微波輔助Fe3O4處理羅丹明B 脫色率只有8%，微波輔助H2O2處理羅丹明B 脫色率只有32%，傳統Fenton 法處理羅丹明B 脫色率僅有56%，而微波輔助類(lèi)Fenton 法處理羅丹明B 脫色率達到100%。通過(guò)比較脫色率得知，微波輔助類(lèi)Fenton 法反應可以加快脫色過(guò)程，因此，下面的實(shí)驗反應時(shí)間選定為5 min。
3．4 反應溫度對羅丹明B 脫色率的影響
不同反應溫度對羅丹明B 的脫色率的影響見(jiàn)圖4。如圖4 所示，反應溫度對羅丹明B 脫色有很大的影響。反應5min，反應溫度為60℃時(shí)，羅丹明B 脫色率為54%，反應溫度為70℃時(shí)，羅丹明B 脫色率為74%，反應溫度為80℃時(shí)，羅丹明B 脫色率為100%，遠高于反應溫度為60℃和70℃時(shí)的脫色率，間接證明了脫色過(guò)程吸熱的特性。因此，最佳反應溫度為80℃。
3．5 催化劑重復利用
在微波輔助Fe3O4/H2O2體系最佳實(shí)驗條件下進(jìn)行Fe3O4重復利用實(shí)驗。通過(guò)磁分離從溶液中分離出來(lái)磁性納米顆粒，以去離子水洗滌三次，用于下一次實(shí)驗。從圖5看出，催化劑經(jīng)6 次循環(huán)實(shí)驗，羅丹明B 脫色率還可以達到100%，表明重復使用的磁性納米顆粒仍保持良好催化活性。六次實(shí)驗后，將硫氰酸鹽和1，10-鄰二氮菲加入到反應溶液中，沒(méi)有觀(guān)察到紅色現象。這個(gè)現象說(shuō)明從催化劑脫落的鐵離子可忽略不計，表明磁性催化劑非常穩定，可以重復使用。
4 結論
我們在實(shí)驗室條件下采用微波輔助類(lèi)Fenton 法聯(lián)合處理工藝對羅丹明B 進(jìn)行了脫色處理。研究結果表明:
(1)300 W 微波條件下，在初始pH 值為4，羅丹明B 濃度為100 mg/L 廢水中，在反應溫度80℃，反應時(shí)間5 min，H2O2用量5．0 mL/L，Fe3O4用量1．25g/L時(shí)，羅丹明B 脫色率達到100%。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
(2)與傳統加熱類(lèi)Fenton 法脫色羅丹明B 相比較，類(lèi)Fenton 試劑Fe3O4/H2O2和微波的聯(lián)合工藝脫色羅丹明B 能大大減少反應時(shí)間，提高羅丹明B 脫色率。
(3)催化劑Fe3O4經(jīng)六次循環(huán)測試表明，磁性催化劑非常穩定，可重復利用，且易回收。
