【強酸性偶氮廢液的處理實驗探究11000字（論文）】

強酸性偶氮廢液的處理實驗研究目錄TOC\o"1-3"\h\z\t"參考文獻(xiàn),1,摘要標(biāo)題,1"摘要 摘要偶氮廢液的主要顯色官能團(tuán)為氮氮雙鍵(-N=N-)，此廢液多在印刷、紡織行業(yè)中應(yīng)用，近年來其處理方法備受關(guān)注。本文以實驗室偶氮廢液作為預(yù)處理目標(biāo)，以遴選出1-2種對偶氮廢水中染料去除效果較高的綜合處理方法。研究對比了Ag/MgO催化降解、Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化、TiO2協(xié)同光催化和零價鐵吸附降解幾種方法對偶氮染料的去除脫色效果。研究結(jié)果表明：在反應(yīng)時間為60min時，對實驗室偶氮廢液的處理，Ag/MgO催化降解去除率達(dá)到73.08%；Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化去除率達(dá)到29.19%；TiO2協(xié)同光催化去除率達(dá)到31.82%；零價鐵吸附降解去除率高達(dá)89.74%。研究了零價鐵處理強酸性偶氮廢液的影響因素，通過改變時間、pH和還原鐵粉的用量來探究脫色效果。研究結(jié)果表明：在反應(yīng)時間為30min，pH=1，零價鐵用量為8g/L的反應(yīng)條件下，零價鐵對強酸性偶氮廢液的脫色效果最佳。給后續(xù)染料的研究提供了一定的理論依據(jù)與應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：偶氮廢液；強酸性；零價鐵；協(xié)同催化1前言1.1課題意義近年來，中國逐步成為世界染料生產(chǎn)第一大生產(chǎn)、消費和出口國，而因偶氮染料具有極好的著色和抗病毒等作用，其廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，在所有染料中占比高達(dá)60%以上，特別是在紡織、印刷、化妝品等行業(yè)，在企業(yè)生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量的染料廢液，其中對環(huán)境危害尤為突出的是強酸性偶氮廢液。隨著我國的經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，進(jìn)而帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，對此國家相繼出臺治理環(huán)境污染的多種措施以達(dá)到最大力度[1]。偶氮廢液的主要顯色基團(tuán)是氮氮雙鍵(-N=N-)，其結(jié)構(gòu)通式為R-N=N-R’(R、R’可能是含有一個或多個苯環(huán)的芳基或烷基化合物)，這類物質(zhì)大多具有對環(huán)境的污染性，包括對人類的致癌性和對環(huán)境生物生長的危害性，且其中的芳香基結(jié)構(gòu)能抵抗生物降解，并使其長時間在環(huán)境中存在[2]。所以對其排放必須按照國家出臺的相關(guān)規(guī)定，必須經(jīng)過一系列處理才能排放進(jìn)入自然環(huán)境中。偶氮染料在人類的生產(chǎn)生活中使用頻繁，但除了給人類帶來了便利，還同時給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染并且危害人類生命健康[3]。因偶氮廢液中的非天然存在的偶氮鍵及其人工設(shè)計的化學(xué)結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，有耐光耐酸堿，不易分解的性質(zhì)，所以傳統(tǒng)工藝不能有效的處理偶氮廢液。目前處理降解偶氮廢液的方法有很多種，其中包括活性炭吸附法、光催化法、生物降解法、化學(xué)氧化法等。而對于強酸性偶氮廢液的處理研究還鮮見報道，因此本研究以強酸性偶氮廢液為目標(biāo)降解物，分析其污染物種類和含量，并通過多組實驗來探究其處理工藝流程，通過廢水中偶氮染料的吸附實驗，分析不同材料對染料的吸附性能并對其吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對偶氮廢水中染料和強酸去除效果較好的綜合處理方法[5-6]。盡管偶氮燃料對水生和非水生生物造成危害，但它還是最常用的染料，所以對偶氮染料廢液的處理，是對環(huán)境保護(hù)工作的一項重要工作，因此本題就實驗室偶氮廢液作為目標(biāo)做一系列分析，以遴選出1-2種對偶氮廢水中染料的去除效果較高的綜合處理方法。1.2國內(nèi)外研究進(jìn)展1.2.1國內(nèi)研究進(jìn)展2020年，陳俊等人用鎂和活性污泥炭制備了鎂基活性污泥炭材料，并將其用作臭氧催化劑[8]。以橙黃Ⅱ偶氮染料廢水作為目標(biāo)污染物，考察了催化劑用量等一系列因素對橙黃Ⅱ偶氮染料降解率的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)橙黃Ⅱ偶氮染料廢水體積為100mL，橙黃Ⅱ偶氮染料初始濃度為100mg/L，臭氧的投入量為500mg/h，向其中加入0.5g5%的鎂基催化劑時，在室溫為20℃下反應(yīng)，在廢水溶液的pH值為5時，在反應(yīng)12min后其去除率達(dá)到99%，鎂基化臭氧氧化對橙黃Ⅱ偶氮染料的去除率高于單獨的臭氧氧化。鎂基活性污泥炭的存在增加了臭氧與催化劑的接觸機率，刺激了臭氧分解產(chǎn)生的羥基自由基，從而促進(jìn)了橙黃Ⅱ偶氮染料廢水中污染物的降解速度，為臭氧氧化偶氮染料提供了一種有效的催化材料。同年，趙坤銘等研究了零價鐵對直接藍(lán)15(DB15)的降解作用，經(jīng)過一系列實驗探究，最佳實驗條件為，在pH為3時，直接藍(lán)15的初始濃度為100mg/L，鐵粉的用量為9.0g/L，反應(yīng)時間為50min，鐵粉的粒徑為200目[10]。在此條件下直接藍(lán)15廢水的降解率為98.69%。根據(jù)降解過程中的直接藍(lán)15的紫外-可見光譜，染料結(jié)構(gòu)中的偶氮鍵(-N=N-)首先被零價鐵攻擊脫色，然后被分解為小分子，用紅外光譜研究分析了零價鐵參與降解體系的特性自由基檢測和掃描電鏡(SEM)。研究結(jié)果表明：降解體系時一個以Fe0、Fe2+、Fe3+和羥基·OH為主的綜合過程，零價鐵的掃描電鏡進(jìn)一步表明了，磁場能加速零價鐵的腐蝕，從而促進(jìn)了零價鐵的氧化直接藍(lán)15的降解效率。同年，陳衛(wèi)剛等研究了顆粒狀的活性炭對水中偶氮染料橙黃Ⅱ過氧二硫酸鹽和過氧單硫酸鹽的非均相活化降解的效果[7]。并探究了不同的活性炭用量、溶液pH值、過硫酸鹽用量、無機鹽濃度等因素對水中偶氮染料橙黃Ⅱ降解率的影響，考察了降解催化劑對水中偶氮染料橙黃Ⅱ降解效果的差異性的原因。研究結(jié)果表明：過硫酸鹽在水中偶氮染料橙黃Ⅱ濃度為20mg/L，過硫酸鹽與橙黃Ⅱ的摩爾比為200:1時，染料被降解的效率最高，加入過硫酸根的降解效果較好，溶液在酸性條件下，顆粒狀活性炭的增加有利于染料的降解，添加無機陰離子對水中偶氮染料橙黃Ⅱ的降解有抑制作用，活性炭表面產(chǎn)生的自由基在染料的降解過程中起著重要的作用。2021年，祝曉輝等以納米氧化鎂為載體，使用浸漬法制備了一系列過渡金屬負(fù)載的偶氮染料催化劑[12]。在幾種負(fù)載型過渡金屬中，Ag/MgO對偶氮染料廢液的降解效果最好，用X射線衍射(XRD)對所選Ag/MgO催化劑的結(jié)構(gòu)和微觀形貌進(jìn)行了表征，X射線光電子能譜(XPS)、擴展X射線、透射電子顯微鏡(TEM)吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)真光譜(EXAFS)和X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)(XANES)。研究結(jié)果表明：銀的分布均勻以納米團(tuán)簇的形式分散在MgO的表面，并在Ag和Ag之間形成雙金屬為，Ag和Mg的高電子密度使其具有很高的催化活性。在甲醛溶液中，偶氮染料AR1在室溫下無需光照或熱處理即可有效降解。溫度和甲醛濃度都是影響降解效果的主要因素。降解效率隨著溫度的升高而增大，甲醛的最佳濃度為1mol/L。兩種自由基通過電子順磁共振(EPR)捕集試驗檢測到它們在偶氮染料中起到重要作用的講解過程。還原性氫自由基和氧化性超氧自由基的協(xié)同作用很容易破壞染料分子中的顯色集團(tuán)(-N=N-)。這種“還原-氧化”的協(xié)同機制證明了反應(yīng)效率。另外，作為常見的污染物之一，使用醛促進(jìn)劑也能達(dá)到預(yù)期的“污染物雙重處理”效果。同年，詹琪等采用置換法制備出了Fe/Cu催化劑，并用X射線衍射(XRD)對催化劑進(jìn)行了表征[9]。研究了Fe/Cu催化過硫酸鹽(PS)降解橙黃Ⅱ的效果以及它的影響因素，并且對其降解機理進(jìn)行了探討。研究結(jié)果表明：Fe/Cu能夠成功催化過硫酸鹽降解橙黃Ⅱ廢水，其催化劑的催化效果較零價鐵對于更優(yōu)。在pH為3的條件下，過硫酸鹽在質(zhì)量濃度為2.0g/L時，F(xiàn)e/Cu催化劑在質(zhì)量濃度為0.250g/L時，橙黃Ⅱ廢水的降解率達(dá)到99%。利用甲醇和2-甲基-2-丙醇當(dāng)作自由基清除劑，證明了降解反應(yīng)中有活性自由基SO4-·和·OH的存在。1.2.2國外研究進(jìn)展2019年，VincenzoVaiano等人采用沉淀法制備了Ru修飾的ZnO光催化劑，并采用x射線熒光光譜(XRF)、拉曼光譜(Raman)、x射線衍射(XRD)、?196℃N2吸附和UV-visDRS等技術(shù)對其進(jìn)行了表征[19-20]。實驗是在裝有氮氣分配裝置的pyrex圓柱形反應(yīng)器中進(jìn)行的，在主波長為365nm的紫外燈照射下進(jìn)行。通過測定不同Ru用量(0.10~0.50mol/L)來確定用于ZnO摻雜的最佳金屬用量。從甲基橙的脫除和產(chǎn)氫兩個方面評價了其光催化活性。實驗結(jié)果表明，Ru載量為0.25mol/L時，釕改性ZnO光催化劑的產(chǎn)氫活性和甲基橙降解活性均較好。特別是經(jīng)過4小時的UV照射時間，脫色度和礦化度分別為83%和78%，同時產(chǎn)氫量為1216μmol/L。同年，AntonioZuorro等人研究了在可見光下光催化降解活性紫外光5(RV5)，一種廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)的偶氮染料[15-18]。對不同鈦基催化劑進(jìn)行了初步篩選，確定了最佳的去除RV5的催化劑。然后，選擇的催化劑在一個攪拌和充氣的實驗室規(guī)模的反應(yīng)器中進(jìn)行測試，該反應(yīng)器由一個藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)光源照明，其波長范圍為460-470nm?？疾炝藀H、催化劑負(fù)載和過氧化氫添加量對染料脫除效率的影響。在pH值為10、催化劑用量為3g/L、過氧化氫濃度為60mM的條件下，染料溶液在2h左右就能完全脫色。結(jié)果表明，該工藝是一種適用于去除紡織廢水RV5的方法。同年，VanjaGilja等人用鹽酸對廢粉煤灰(FA)材料進(jìn)行高溫、不同時間的化學(xué)處理，以改善其孔隙率[21-22]。在制備FA/TiO2納米復(fù)合材料的過程中，進(jìn)一步利用比表面積和孔容最高的改性FA顆粒作為TiO2催化劑的載體。采用溶膠-凝膠原位合成法，在FA粒子存在下制備了二氧化鈦納米復(fù)合光催化劑。為了對改性后的FA及FA/TiO2納米復(fù)合光催化劑進(jìn)行準(zhǔn)確表征，采用了氣體吸附解吸分析、x射線衍射、掃描電子顯微鏡、紫外/可見光譜和紅外光譜等方法。在UV-A照射下，通過光催化去除活性紅45(RR45)偶氮染料，對合成的FA/TiO2納米復(fù)合材料的效率進(jìn)行了評價。光催化已經(jīng)進(jìn)行了5個循環(huán)使用相同的催化劑，以研究其穩(wěn)定性和可能的重復(fù)使用。FA/TiO2光催化劑在經(jīng)過5次循環(huán)后仍表現(xiàn)出良好的光催化活性和穩(wěn)定性。試驗結(jié)果表明，改性后的廢粉煤灰可以作為很好的TiO2載體。2020年，RouaBenDassi等人采用溶膠-凝膠法制備了Pb摻雜的納米氧化鋅，用于吸附活性黑色5(RB5)紡織染料[23]。采用x射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜、掃描電鏡、x射線能譜儀和低溫氮氣吸附法對ZnO:Pb(2%和4%)納米顆粒進(jìn)行了表征。ZnO:Pb2%和ZnO:Pb4%的納米顆粒平均粒徑均小于100nm，比表面積分別為18.8和20.8m2/g。對RB5染料在常溫、30mg/L染料濃度下進(jìn)行了分批吸附脫色實驗。采用中心組合設(shè)計-響應(yīng)面法研究吸附條件(pH、納米粒子劑量和接觸時間)對吸附效果的影響。用方差分析檢驗各自變量及其交互作用的顯著性。最佳脫色條件為pH=7、納米粒子用量為2g/L、接觸時間為79min，ZnO:Pb2%和ZnO:Pb4%的脫色性能分別為79.4%和98.1%。擬二階模型較好地描述了去除率，而Langmuir模型較好地擬合了吸附等溫線。1.3本課題研究內(nèi)容因此本課題以實驗室偶氮廢液作為預(yù)處理目標(biāo)物，研究對比了Ag/MgO催化劑、Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化、TiO2協(xié)同光催化和零價鐵吸附降解幾種方法對偶氮染料的去除效果。選出較好的1-2種方案，用此方案對制備的強酸性偶氮廢液處理，選取最優(yōu)化的實驗方案。

2實驗部分2.1實驗試劑與儀器2.1.1實驗試劑本實驗中使用的試劑如表1所示。表1實驗試劑實驗試劑名稱規(guī)格/純度生產(chǎn)廠家無水硫酸鎂AR江蘇強盛功能化學(xué)股份有限公司草酸鈉AR天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠硝酸銀AR天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司無水乙醇AR天津市北辰方正試劑廠過氧化氫30%AR天津市天刀化學(xué)試劑有限公司無水碳酸鈉AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司二氧化鈦AR廣東光華化學(xué)廠有限公司還原鐵粉AR湘中地質(zhì)實驗研究所亞硝酸鈉AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司鹽酸36-38%AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司無水對氨基苯磺酸AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司鹽酸N-(1-萘基)-乙二胺AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉AR國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司2.1.2實驗儀器本實驗中使用的儀器如表2所示。表2實驗儀器實驗儀器名稱型號生產(chǎn)廠家可見分光光度計WFJ7200尤尼柯(上海)儀器有限公司真空干燥箱DZF-602上海森信實驗儀器有限公司電子萬用爐DL-1北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司恒溫磁力攪拌器85-2型鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司超聲波清洗器KQ-50B昆山市超聲儀器有限公司電子天平AR2140奧豪斯國際貿(mào)易(上海)有限公司高速離心機TGL-16C上海安亭科學(xué)儀器廠箱式節(jié)能電阻爐SX2-4-10湖北英山縣建力電路制造有限公司調(diào)速多用振蕩器HY-2國華電器有限公司真空抽濾機SH2-D(Ⅲ)鞏義市子華儀器有限公司2.2實驗步驟2.2.1Ag/MgO協(xié)同催化固相法制備納米氧化鎂：以MgSO4和Na2C2O4制得前驅(qū)物，后放置于90℃的真空干燥箱中烘干，在700℃的箱式節(jié)能電阻爐中煅燒MgC2O4持續(xù)3h，得到產(chǎn)物納米氧化鎂[12]。浸漬法制備催化劑Ag/MgO：取一只100mL的燒杯，加入50mL無水乙醇溶液，并向其中加入0.2g的固相法制備得到的納米氧化鎂，用超聲打散。再取一只100mL燒杯，加入50mL無水乙醇溶液，再向其中加入0.2g的硝酸銀，所得溶液現(xiàn)配現(xiàn)用。將氧化鎂乙醇溶液的燒杯放在磁力攪拌器上，在燒杯中放入攪拌子，并向其中逐滴滴加現(xiàn)場制備好的硝酸銀乙醇溶液，在室溫25℃下持續(xù)攪拌3h后，將混合溶液用移液管吸取5mL放入離心管中，并將離心管放入離心機中離心10min，所得固體用無水乙醇洗滌，3次后放入真空干燥箱內(nèi)80℃干燥2h后，隨后將干燥所得固體放入坩堝中，將坩堝放在電爐上300℃下持續(xù)煅燒5h，煅燒氣氛為空氣，得到催化劑樣品，記為Ag/MgO。催化劑活性檢測：實驗室偶氮廢液為目標(biāo)脫色染料，將實驗室偶氮廢液取50mL加入燒杯中，稱取200mg納米催化劑加入燒杯中，在磁力攪拌器上進(jìn)行持續(xù)攪拌，加入催化劑后用移液管吸取5mL懸濁液放入離心管中，在高速離心機中以7000r/min的轉(zhuǎn)速離心5min，記為0min時濃度，然后每隔10min取5mL懸濁液進(jìn)行離心。收集每次離心后的上清液使用分光光度計在吸收波長為540nm處進(jìn)行檢測，以對比分析染料的催化降解效果。在實驗前取一定量的未處理的實驗室偶氮廢液，放入分光光度計中，在波長未540nm處測定此時的吸光度記為A0。實驗記錄如表3。表3Ag/MgO協(xié)同催化偶氮廢液的實驗記錄編號反應(yīng)時間(min)吸光度(mg/L)去除率(%)100.18202100.15216.483200.12034.074300.09846.155400.07558.796500.05171.987600.04973.08偶氮染料去除率：D(%)=100%×(1)式中：D為偶氮染料的去除率(%);A0：表示吸附前溶液的吸光度（mg/L）；At：表示吸附后溶液的吸光度（mg/L）；2.2.2Na2CO3/H2O2光協(xié)同催化溶液的配制：用移液管吸取2.06mL的30%H2O2溶液放入1L容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度線，搖勻，得到濃度為0.02mol/L的H2O2溶液。稱取13.25g無水碳酸鈉于燒杯中，加入少量蒸餾水溶解，超聲打散，然后倒入250mL容量瓶中，分3次洗滌燒杯，將洗滌溶液全部倒入容量瓶中，最后用誰稀釋至刻度線，搖勻，得到濃度為0.5mol/L的Na2CO3溶液[11]。進(jìn)行正式實驗之前，將光源通電穩(wěn)定5min，然后開始進(jìn)行光照實驗，將50mL的實驗室偶氮廢液放入燒杯中，分別加入10mL的0.5mol/LNa2CO3溶液和0.02mol/LH2O2溶液，在磁力攪拌器上進(jìn)行持續(xù)攪拌，進(jìn)行光照實驗，其轉(zhuǎn)速為50r/min。每個實驗周期為3h。分別在0、30、60、90、120、150、180min是從燒杯中用移液管吸取溶液，使用分光光度計，在波長為540nm處測定實驗室偶氮廢液的吸光度，以進(jìn)行初步定性分析。實驗記錄如表4。對比實驗：在與前面相同的溫度、濕度條件在，取兩只燒杯，在其中加入50mL的實驗室偶氮廢液，在其中一只中分別加入10mL的0.5mol/LNa2CO3溶液和0.02mol/LH2O2溶液，在磁力攪拌器上進(jìn)行持續(xù)攪拌，其轉(zhuǎn)速為50r/min，實驗記錄如表5；將另一只放在磁力攪拌器上進(jìn)行持續(xù)攪拌，進(jìn)行光照實驗，其轉(zhuǎn)速為50r/min，實驗記錄如表6。在實驗前取一定量的未處理的實驗室偶氮廢液，放入分光光度計中，在波長未540nm處測定此時的吸光度記為A0。表4Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化偶氮廢液的實驗記錄編號反應(yīng)時間(mL)吸光度(mg/L)去除率(%)100.29802300.25315.103600.21129.194900.20331.8851200.16345.3061500.13554.7071800.11461.74表5Na2CO3/H2O2催化偶氮廢液的實驗記錄編號反應(yīng)時間(mL)吸光度(mg/L)去除率(%)100.29002300.2726.213600.2648.974900.25711.4051200.25412.4161500.25213.1071800.24914.14表6光催化偶氮廢液的實驗記錄編號反應(yīng)時間(mL)吸光度(mg/L)去除率(%)100.27602300.22319.203600.21123.554900.20625.3651200.20226.8161500.20027.5471800.19927.902.2.3TiO2光協(xié)同催化光催化降解方法：在進(jìn)行正式實驗之前，先將光源模擬等打開5min，將實驗室偶氮廢液取100mL置于200mL燒杯中，然后在其中加入0.02gTiO2粉末，將燒杯置于超聲儀中打散，使TiO2呈分散狀，再加入磁力攪拌子，然后將燒杯置于磁力攪拌器上開始攪拌[4]。每隔20min用移液管吸取溶液放入離心管中，將離心管放入高速離心機中，在7000r/min的轉(zhuǎn)速下，離心20min，之后取離心管中的上層清液，倒入比色皿，將比色皿放入分光光度計，在最大波長為540nm處測定清液吸光度。實驗記錄如表7。吸附方法：取一支200mL的燒杯，在其中加入100mL的實驗室偶氮廢液，再加入0.02gTiO2粉末，置于超聲儀中打散混合成均勻的TiO2分散液。然后在室溫下，放入振蕩器中振蕩，每隔20min用移液管吸取溶液放入離心管中，將離心管放入高速離心機中，在7000r/min的轉(zhuǎn)速下，離20min，后取離心管的上層清液，倒入比色皿中，將比色皿放入分光光度計，在波長為540nm處測定其吸光度。實驗記錄如表8。在實驗前取一定量的未處理的實驗室偶氮廢液，放入分光光度計中，在波長未540nm處測定此時的吸光度記為A0。表7TiO2協(xié)同光催化偶氮廢液的實驗記錄編號反應(yīng)時間(min)吸光度(mg/L)去除率(%)100.19802200.17511.613400.15322.734600.13531.825800.11442.4261000.09452.5371200.07661.62表8TiO2催化偶氮廢液的實驗記錄編號反應(yīng)時間(min)吸光度(mg/L)去除率(%)100.21602200.2131.393400.2112.314600.2074.175800.2026.4861000.1959.7271200.19211.112.2.4零價鐵吸附降解用量筒量取500mL實驗室偶氮廢液放入500mL燒杯中，再稱取4.5g鐵粉放入其中，在燒杯中放入磁性攪拌子，置于磁性攪拌器上進(jìn)行實驗，轉(zhuǎn)速為50r/min，每間隔15min取樣5mL，經(jīng)過過濾后，在最大吸收波長540nm下測定降解前后的吸光度。在實驗前取一定量的未處理的實驗室偶氮廢液，放入分光光度計中，在波長未540nm處測定此時的吸光度記為A0。實驗記錄如表9。表9零價鐵降解偶氮廢液的實驗記錄編號反應(yīng)時間(min)吸光度(mg/L)去除率(%)100.30202150.07276.163300.04884.114450.03987.095600.03189.742.2.5強酸性偶氮廢液的制備制備亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)貯備液(1000μg/mL)：取一只250mL的燒杯，準(zhǔn)確稱取1.499g干燥后的亞硝酸鈉放入燒杯中，向燒杯中加入200mL的蒸餾水，使其充分溶解，然后倒入1000mL容量瓶中，繼續(xù)在燒杯中加入一定量的蒸餾水洗滌三次（不超過800mL），將洗滌液倒入1000mL容量瓶中，然后用蒸餾水定容至1000mL，搖勻。亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用液(10μg/mL)：取一只500mL的容量瓶，用移液管準(zhǔn)確吸取5.00mL的亞硝酸鈉的標(biāo)準(zhǔn)貯備液放入容量瓶中，用蒸餾水定容至500mL，搖勻。需要使用時則稀釋配置。鹽酸溶液(1+6)：取一只500mL的燒杯，用100mL的量筒量取300mL的蒸餾水加入燒杯中，然后用50mL的量筒量取50mL的濃鹽酸，用玻璃棒邊攪拌邊緩慢向燒杯中加入濃鹽酸，搖勻。（注意：一定要緩慢加入，避免過熱發(fā)生危險）對氨基苯磺酸溶液(10g/L)：稱取5.0g的對氨基苯磺酸，將其放入裝有350mL鹽酸溶液(1+6)的燒杯中，使其充分溶解，然后倒入500mL的容量瓶中，繼續(xù)在燒杯中加入一定量的蒸餾水洗滌三次（不超過150mL），將洗滌液全部倒入500mL的容量瓶中，然后用蒸餾水定容至刻度，搖勻。該試劑可以穩(wěn)定數(shù)月。鹽酸N-(1-萘基)-乙二胺(1.0g/L)：取一只250mL的燒杯，稱取0.5g鹽酸N-(1-萘基)-乙二胺放入燒杯中，向燒杯中加入200mL蒸餾水，使其充分溶解，然后倒入一只棕色的500mL容量瓶中，繼續(xù)在燒杯中加入一定量的蒸餾水洗滌三次（不超過300mL），將洗滌液全部倒入容量瓶中，用蒸餾水定容至500mL，搖勻，穩(wěn)定后放入冰箱中保存。該試劑可穩(wěn)定數(shù)周。強酸性偶氮廢液的制備：取一只1000mL的容量瓶，向其中加入400mL的亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)使用液，并用水稀釋至刻度線。在向其中加入40mL的對氨基苯磺酸溶液，搖勻后放置2-8min，然后加入40mL的鹽酸N-(1-萘基)-乙二胺溶液，搖勻。后倒入1L的棕色試劑瓶中，備用。2.2.6零價鐵處理強酸性偶氮廢液的影響因素實驗零價鐵粉末的用量實驗：在六只250mL的燒杯中分別加入100mL的強酸性偶氮廢液，分別加入0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g、1.2g零價鐵粉末，向其中放入攪拌子，將燒杯放置于磁力攪拌器上，持續(xù)攪拌30min，轉(zhuǎn)速為50r/min，取一只抽濾漏斗安裝在抽濾瓶上，在其中放入合適大小的濾紙，將抽濾瓶連接在真空抽濾機上，打開真空抽濾機，然后用移液管吸取混合液5mL放入抽濾漏斗中過濾，所得濾液使用可見光分光光度計，在波長為540nm處測定吸光度[10]。計算去除率，確定零價鐵粉末的最佳用量。在實驗前取一定量的未處理的強酸性偶氮廢液，放入分光光度計中，在波長未540nm處測定此時的吸光度記為A0。實驗記錄如表10。表10零價鐵粉末的用量實驗記錄編號零價鐵用量(g/L)吸光度(mg/L)去除率(%)102.4280220.18792.30340.04098.35460.03998.39580.03098.766100.04298.277120.04398.23零價鐵反應(yīng)時間實驗：取一只250mL的燒杯，向其中加入100mL的強酸性偶氮廢液，向其中加入0.8g零價鐵粉末，向其中加入攪拌子，將燒杯放置于磁力攪拌器上持續(xù)攪拌，取一只抽濾漏斗安裝在抽濾瓶上，在其中放入合適大小的濾紙，將抽濾瓶連接在真空抽濾機上，打開真空抽濾機，每隔5min用移液管吸取5mL混合液放入抽濾漏斗中過濾，所得濾液使用分光光度計，在波長為540nm處測定吸光度。計算去除率，確定零價鐵粉末的最佳反應(yīng)時間。在實驗前取一定量的未處理的強酸性偶氮廢液，放入分光光度計中，在波長未540nm處測定此時的吸光度記為A0。實驗記錄如表11。表11零價鐵反應(yīng)時間的實驗記錄編號反應(yīng)時間(min)吸光度(mg/L)去除率(%)102.4890250.39484.173100.12495.024150.04698.155200.04198.356250.03598.597300.03298.718350.03798.519400.03798.51pH對零價鐵吸附效果的實驗：取一只250mL的燒杯，向其中加入100mL的強酸性偶氮廢液，加入0.2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，用精密試紙測量溶液pH，分別在pH為2、3、4、5、6、7、8、9時，用移液管吸取5mL溶液，放入分光光度計中，在波長為540nm處測定吸光度記為吸光度An，后加入最佳的零價鐵量，在磁力攪拌器上持續(xù)攪拌30min，取一只抽濾漏斗安裝在抽濾瓶上，在其中放入合適大小的濾紙，將抽濾瓶連接在真空抽濾機上，打開真空抽濾機，用移液管吸取5mL混合液放入抽濾漏斗中過濾，所得濾液使用分光光度計，在波長為540nm處測定吸光度記為Am。計算去除率，確定最佳的反應(yīng)pH值。實驗記錄如表12。表12零價鐵反應(yīng)pH的實驗記錄編號pHAnAm去除率(%)112.4950.03198.76221.9570.03998.01331.0030.03596.51440.4880.05888.11550.3930.11072.01661.0730.77627.68771.1841.01514.27881.1950.88625.86991.2141.02815.32強酸性偶氮廢液去除率：D(%)=100%×(2)式中：D為強酸性偶氮廢液的去除率(%)；An：表示吸附降解前溶液的吸光度(mg/L)；Am：表示吸附降解后溶液的吸光度(mg/L)；

3實驗結(jié)果與討論3.1實驗方案對比結(jié)果3.1.1Ag/MgO協(xié)同催化結(jié)果本課題根據(jù)簡單的原位浸漬法將銀負(fù)載到納米氧化酶上，經(jīng)過干燥、煅燒處理后，將一定量加入實驗室偶氮廢液中，通過圖1可以看出，反應(yīng)50min后去除率達(dá)到73.08%。圖1Ag/MgO協(xié)同催化實驗室偶氮廢液的反應(yīng)時間與去除率圖3.1.2Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化結(jié)果本課題將一定量的0.02mol/L的H2O2溶液和0.5mol/L的Na2CO3溶液加入實驗室偶氮廢液中，協(xié)同光照的條件下，通過圖2可以看出，反應(yīng)180min后去除率達(dá)到61.74%。圖2Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化實驗室偶氮廢液的反應(yīng)時間與去除率圖由圖3、4可以看出，單獨的Na2CO3/H2O2催化反應(yīng)相同時間去除率僅14.14%，而單獨的光催化反應(yīng)相同時間去除率僅13.13%。因此得出Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化實驗室偶氮廢液脫色效果最佳。圖3Na2CO3/H2O2催化實驗室偶氮廢液的反應(yīng)時間與去除率圖圖4光催化實驗室偶氮廢液的反應(yīng)時間與去除率圖3.1.3TiO2協(xié)同光催化結(jié)果本課題將一定量的TiO2粉末加入實驗室偶氮廢液中，協(xié)同光照的條件下，通過圖5可以看出，在反應(yīng)時間達(dá)到120min時，去除率達(dá)到61.62%。圖5TiO2協(xié)同光催化實驗室偶氮廢液的反應(yīng)時間與去除率圖由圖6可以看出單獨的TiO2催化降解相同時間去除率僅11.11%。因此得出TiO2協(xié)同光催化實驗室偶氮廢液脫色效果更好。圖6TiO2催化降解實驗室偶氮廢液的反應(yīng)時間與去除率圖3.1.4零價鐵吸附降解結(jié)果本課題將一定量的零價鐵粉末加入實驗室偶氮廢液中，在磁力攪拌器上持續(xù)攪拌，通過圖7可以看出，在反應(yīng)時間達(dá)到60min時，去除率達(dá)到89.74%。圖7零價鐵吸附實驗室偶氮廢液的反應(yīng)時間與去除率圖3.1.5對比結(jié)果經(jīng)過對比四個實驗方案，取相同時間段60min，Ag/MgO協(xié)同催化實驗室偶氮廢液去除率為73.08%；Na2CO3/H2O2協(xié)同催化實驗中，Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化實驗室偶氮廢液的脫色效果最好，去除率29.19%；TiO2協(xié)同催化實驗中，TiO2協(xié)同光催化實驗室偶氮廢液的脫色效果最好，去除率31.82%；零價鐵吸附降解實驗室偶氮廢液的去除率為89.74%。相較而言，四種方法中，Ag/MgO協(xié)同催化因存在催化劑制作復(fù)雜，工藝環(huán)節(jié)過多，系統(tǒng)誤差較大的原因，脫色效果未能最佳；而Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化和TiO2協(xié)同光催化都存在反應(yīng)過慢，反應(yīng)時間過長的問題，達(dá)不到高效脫色效果；零價鐵吸附降解實驗操作過程簡便，脫色效果明顯，去除率高達(dá)89.74%，因此選擇此實驗方案做后續(xù)優(yōu)化實驗。3.2零價鐵處理強酸性偶氮廢液的影響因素的結(jié)果3.2.1反應(yīng)時間對零價鐵吸附強酸性偶氮廢液效果的影響由圖8可以看出，當(dāng)初始pH為1的條件下，強酸性偶氮廢液的去除率隨著時間逐漸升高，直到反應(yīng)30min時去除率達(dá)到最大值為98.71%，而反應(yīng)30min時的去除率和反應(yīng)35min以及之后的去除率相差不大，因此得出該反應(yīng)在30min時接近于平衡狀態(tài)，此時的反應(yīng)基本完成。所以選擇反應(yīng)時間為30min作為后續(xù)優(yōu)化實驗的條件。圖8反應(yīng)時間對強酸性偶氮廢液的降解效果的影響3.2.2溶液pH對零價鐵吸附強酸性偶氮廢液效果的影響由圖9可以看出，在反應(yīng)時間為30min時，強酸性偶氮廢液的去除率隨著pH值的升高而逐漸減小，當(dāng)pH值為1時去除率為98.76%，當(dāng)pH值為2時去除率為98.01%，證明零價鐵在酸性條件下，對偶氮廢液的吸附降解效果更適合。酸性條件下，零價鐵極其容易失去電子從而產(chǎn)生較多的二價鐵離子，而二價鐵離子對于大部分有機廢液有著重要的還原作用，因為其活潑的化學(xué)性質(zhì)以及較強的還原性，在產(chǎn)生二價鐵離子的同時，消耗溶液中過量的氫離子，在此電解過程中產(chǎn)生的活性氫與偶氮染料分子相互作用，有利于使形成有色染料的氮氮雙鍵斷鍵，使溶液中的大分子化合物被還原為小分子化合物，從而達(dá)到較好的脫色效果；而在堿性的條件下，由于堿性的加強，從而使鐵的表面發(fā)生鈍化反應(yīng)，在其表面形成了一種保護(hù)膜，蓋住了零價鐵上面的一些反應(yīng)位點，使反應(yīng)速率減緩甚至是停止，因此去除率大幅度下降[13-14]。由于強酸性偶氮廢液制備時的初始pH為1，考慮到實驗的簡便性，所以選擇在pH值為1時作為后續(xù)優(yōu)化實驗的條件。圖9反應(yīng)pH值對強酸性偶氮廢液的降解效果影響3.2.3零價鐵用量對吸附強酸性偶氮廢液效果的影響由圖10可以看出，在pH=1，反應(yīng)時間為30min時，隨著還原鐵粉的增加強酸性偶氮廢液的去除率逐漸增加，直到零價鐵用量達(dá)到8g/L的去除率達(dá)到最大值為98.75%，而零價鐵用量為8g/L和10g/L以及之后的去除率相差不大。因此得出在該條件下，還原鐵粉的用量為8g/L時，此反應(yīng)脫色效果最佳。所以選擇在還原鐵粉用量為8g/L時做為后續(xù)優(yōu)化實驗的條件。圖10還原鐵粉的用量對強酸性偶氮廢液的降解效果影響4結(jié)論本課題以實驗室偶氮廢液作為研究對象，使用Ag/MgO催化、Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化、TiO2協(xié)同光催化和零價鐵吸附降解四種方法，對實驗室偶氮廢液的脫色效果做了初步探究，從而篩選出1-2種脫色效果較好的方案，以得到較好的方法做進(jìn)一步優(yōu)化處理工藝。研究結(jié)果表明，在相同時間條件下，Na2CO3/H2O2協(xié)同光催化和TiO2協(xié)同光催化反應(yīng)速率較慢；而Ag/MgO催化效果較好，但處理過程復(fù)雜且工序較多；零價鐵處理過程簡潔且效果極佳。探究了在反應(yīng)時間為30min，反應(yīng)pH=1，還原鐵粉加入量為8g/L的反應(yīng)條件下，零價鐵對強酸性偶氮廢液的處理脫色效果最佳，此方法處理過程簡單并且可以有效的節(jié)約成本，對傳統(tǒng)的處理偶氮廢水提供了一定的理論依據(jù)與應(yīng)用前景。

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