Fenton 试剂氧化处理甲基橙模拟废水的条件研究
周美珍，郭 涓，李 萍
（宁德师范学院化学与环境科学系，福建 宁德 352100）
周美珍：Fenton 试剂氧化处理甲基橙模拟废水的条件研究
摘 要：Fenton 试剂是 H2O2和 Fe2+混合得到的一种强氧化剂，近十几年来在废水处理中的应用得到广泛的关注。现采用 Fenton 试剂降解含甲基橙染料的模拟废水，探讨 H2O2和 Fe2+的用量、溶液 pH 值和甲基橙初始浓度、反应时间等对甲基橙去除率的影响。研究表明：当溶液 pH 为 3，H2O2和 1 %FeSO4 7H2O 的用量分别为 1 mL 和 3 mL，甲基橙的浓度为 20 mg/L 时，反应 2 分钟后，甲基橙的去除率可达 90 %以上，证明了Fenton 试剂可以有效地处理甲基橙模拟废水。
关键词：Fenton 试剂；甲基橙；染料废水
前言
Fenton 试剂是亚铁离子和过氧化氢的组合，是一种强氧 化 剂 。 1881 年 由 Fenton 首 次 提 出 的 ， 1964 年H.R.Eisenhauer首次使用Fenton试剂处理苯酚废水和烷基废水[1]。染料行业生产的污染物是全球性的主要环境污染源之一。据不完全统计，我国印染行业每年排放废水量高达 7亿~8 亿多吨，是我国排放废水和污染物数量较大的行业之一。由于染料和印染工业的废水具有有机物浓度高、成分复杂、色度深、难降解等特点，传统的处理方法如生化处理、混凝脱色[2]、吸附脱色[3]、膜技术等工艺对染料污染物的矿化能力较差，而且易引起二次污染。徐向荣[4]等研究了Fenton 试剂与染料废液的反应，并证明了 Fenton/UV 两者具有协同效应。陆文明[5]则研究了模拟活性染料废水和实际活性染料废水的处理，脱色和 COD 的去除率均很好。Fenton试剂能有效分解有机物，甚至彻底将有机污染物氧化分解成二氧化碳、水和矿物盐等无害无机物，不会产生新的污染[6]。
Fenton 试剂用于废水的处理，其主要原理是利用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂，反应过程中产生大量的羟基自由基，从而降解废水中的有机污染物，使 Fenton 试剂成为一种有效的废水处理方法。其氧化机理如下[7-8]：
在含有 Fe2+离子的酸性溶液中投加 H2O2时会发生下列反应：
起激发及传递作用，使链接反应能持续进行，直至 H2O2消耗尽[9]。
本文选择使用较为普遍的甲基橙为研究对象，利用Fenton 试剂对染料模拟废水进行氧化处理，探讨了 H2O2、FeSO4·7H2O 的用量、溶液 pH 值、甲基橙初始浓度、反应时间等因素对甲基橙去除率的影响。
1 实验部分
1.1 主要仪器和试剂
仪器：PHS-3C 型精密 PH 计；85-2A 磁力搅拌器；UVS-7220N可见分光光度计。
试剂：NaOH (AR)；30 %H2O2；FeSO4 7H2O (AR)；H2SO4；甲基橙(MO)。
1.2 试验方法
取一定浓度的甲基橙溶液于烧杯中，分别加入氧化剂进行处理，一定时间后取样，测定溶液的吸光度值，计算甲基橙的去除率，得出最佳的实验条件。
1.3 分析方法
甲基橙溶液浓度采用 UVS-7220N 可见分光光度计进行分析测定。通过可见光区域对甲基橙进行全程扫描，发现506 nm 处有最大吸收。在此吸收波长下测定样品氧化降解前后的吸光度 A0、A，并用（A-A0）/A×100%求得甲基橙的去除率。
2 结果与讨论
2.1 甲基橙溶液最佳吸收波长的确定
配制浓度 20 mg/L 、pH=3 的甲基橙溶液，采用UVS-7220N 可见分光光度计对溶液全程扫描，测定不同波长下的吸光度，以确定最大吸收波长，实验结果见图 1。由图1 可知，在波长为 506 nm 处 pH=3 的甲基橙有最大的吸光度 值，以下实验均在波长为 506 nm 处测定甲基橙的吸光度值。
2.2 甲基橙浓度与吸光度值的关系
配制一系列不同浓度的甲基橙，分别在最大吸收波长506 nm 下测定样品吸光度值 A。结果见图 2。由图 2 可知，R2=0.9981，甲基橙浓度与吸光度具有较好的线形相关性。
2.3 反应时间对甲基橙去除率的影响
固定甲基橙的浓度为 20 mg/L、pH=3，考察时间对甲基橙去除率的影响，取 250 mL 甲基橙溶液于烧杯中，分别加入 1 mLH2O2、2.5 mL 1 % FeSO4 7H2O，取不同反应时间 t，测甲基橙的吸光度值，确定最佳时间，结果见图 3。由图 3可得 t=2 min 时甲基橙的去除率最高。反应 2 分钟后，甲基橙的去除率几乎不再增加，表明反应已经结束。所以以下实验均在 t=2 min 时测定甲基橙的去除率。
2.4 H2O2溶液的用量对甲基橙去除率的影响
固定甲基橙溶液的浓度为 20 mg/L、pH=3，考察 H2O2的用量对甲基橙去除率的影响。取 250 mL 甲基橙溶液于烧杯中，加入 2.5 mL 1 % FeSO4 7H2O 溶液，分别加入不同量的H2O2，2 min 后取样，测定甲基橙的吸光度值，确定 H2O2的最佳用量，结果见图 4。由图 4 可知，随着 H2O2浓度的增加，甲基橙的去除率也随之增大，当 H2O2的用量为 1 mL 时，甲基橙的去除率已经达到 90 %以上，再增加 H2O2的用量，甲基橙的去除率开始出现下降。随 H2O2用量的增加，·OH 的产生也随之增加；但 H2O2的用量过多时，不仅不会通过分解产生更多的自由基，反而在反应一开始就把 Fe2+迅速氧化为Fe3+，致使氧化在 Fe3+的催化下进行，降低了羟基自由基的产生效率，导致甲基橙去除率下降[10]。所以可根据预期达到的去除效果及经济能力来选择合适的投加量，本实验选择H2O2的最佳用量为 1 mL。
2.5 FeSO4 7H2O 溶液的用量对甲基橙去除率的影响
实验条件同上，取 H2O2的最佳用量为 1 mL，改变 1 %FeSO4 7H2O 的用量，2 min 后取样，测定甲基橙的吸光度值，确定 1 % FeSO4 7H2O 的最佳用量，结果见图 5。由图 5 可知，1%FeSO4 7H2O 用量为 3 mL 时，甲基橙的去除率最大，当 1 %FeSO4 7H2O 用量再增加时，甲基橙去除率几乎没有再增加。这主要是由于 Fe2+的浓度高了以后催化产生的·OH 也增加，所以·OH 之间的碰撞几率增大从而发生反应，从而使·OH 的量减少，导致甲基橙去除率下降[7]，所以 1% FeSO4 7H2O 的最佳用量为 3 mL。
2.6 溶液的 pH 值对甲基橙去除率的影响
实验条件同上，固定 H2O2的用量为 1 mL, 1 % FeSO4 7H2O的用量为 3 mL，调节溶液的 pH 值，2 min 后取样，测定甲基橙的吸光度值，结果见图 6。由图 6 可知，pH 值在 3 左右，甲基橙的去除率最高，pH 小于 3 或大于 3 去除率都逐渐减小，按照经典的 Fenton 试剂反应理论，pH 值升高不仅抑制·OH 的产生，而且使溶液中的 Fe2+以氢氧化物形式沉淀而失去催化能力；当 pH 低于 3 时，溶液中 H+浓度过高而使 Fe3+被还原成 Fe2+受阻，从而使催化反应受阻，以致影响 Fenton试剂的氧化能力[11]，所以 Fenton 试剂处理甲基橙溶液的最佳 pH 值为 3。
3 结论
（1）染料废水含有大量的难降解有机物，一般的化学和生物法对它很难一次降解，甲基橙是难降解的偶氮染料之一，本实验采用 Fenton 法对甲基橙进行处理，取得了显著的效果。
（2）处理 20 mg/L 的甲基橙模拟废水的最佳条件为：1 mL3 % H2O2、3 mL 1 %1 %FeSO4 7H2O、pH 值为 3。
参考文献
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[11] 刘春英, 弓晓峰, 曾珍英. Fenton 试剂在染料废水处理的应用[J]. 环境保护科学, 2004, 122(30): 10-11.
来源：中国化学试剂网
