當(dāng)今，紡織工業(yè)染料廢水污染已經(jīng)成為一個嚴(yán)重的環(huán)境問題，吸引了越來越多的關(guān)注。由于偶氮染料化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，毒性大，難以通過生物方法和常規(guī)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)是一個挑戰(zhàn)。近年來，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(qiáng)氧化劑，在廢水處理中有著廣闊的應(yīng)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Fenton試劑處理染料廢水的研究已有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)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(yīng)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(yīng)中的應(yīng)用，但傳統(tǒng)加熱Fe3O4/H2O2體系類Fenton法處理羅丹明B時，存在Fe3O4催化H2O2效果不強(qiáng)，過氧化氫的利用率和催化處理率低等問題，因此，為了克服Fe3O4/H2O2體系在Fenton法反應(yīng)中的缺陷，F(xiàn)e3O4/H2O2體系可以通過微波加熱，利用微波特殊加熱原理，來提高催化體系脫色能力。本文在實(shí)驗(yàn)室條件下，應(yīng)用微波輔助類Fenton法處理廢水中的羅丹明B，對反應(yīng)條件:過氧化氫濃度，催化劑Fe3O4用量，反應(yīng)時間和反應(yīng)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Fenton反應(yīng)聯(lián)合工藝應(yīng)用于有機(jī)廢水處理提供參考。  

1材料與試劑  

1．1試劑  

FeCl2，F(xiàn)eCl3·6H2O，NaOH，30%雙氧水，羅丹明B，濃鹽酸，實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純，均來自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司，實(shí)驗(yàn)用水為超純?nèi)ルx子水。  

1．2儀器  

MAS－Ⅱ微波反應(yīng)器(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)，ZetasirernanoZS90(馬爾文儀器公司)，PHS-2F精密酸度計(jì)(上海虹益儀器儀表有限公司)，UV-2401PC型紫外可見分光光度計(jì)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(diào)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(鄭州長城科工貿(mào)有限公司)  

2實(shí)驗(yàn)部分  

2．1催化劑Fe3O4制備  

磁性納米粒子Fe3O4通過化學(xué)共沉淀方法制備。在N2保護(hù)下，取FeCl2(1．27g，10mmol)和FeCl3·6H2O(5．40g，20mmol)溶于100mL無氧水中，制得100mL0．3mol·L-1金屬離子溶液(其中含有0．1mol·L-1Fe2+和0．2mol·L-1Fe3+)，其后將金屬離子溶液緩慢滴加到100mL3mol·L-1NaOH溶液中，水浴加熱，當(dāng)溫度升到95°C時，恒溫反應(yīng)2h，然后在冰水中冷卻至室溫，用強(qiáng)磁鐵從溶液中將制的磁性納米顆粒分離出來，并用50mL清水洗滌三次。將制取的固體顆粒在60°C下烘干12h，得到磁性粉末即樣品(Fe3O4，平均粒徑=18nm)。  

2．2羅丹明B脫色實(shí)驗(yàn)  

取40．0mL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0．4mol/LHCl調(diào)體系pH值到4，置于MAS-Ⅱ微波反應(yīng)器，在300W功率下反應(yīng)一段時間，離心分離后，在最大吸收波長處測定清液的吸光度。磁性催化劑用磁鐵從反應(yīng)殘?jiān)蟹蛛x回收，并用于循環(huán)脫色反應(yīng)。  

在相同實(shí)驗(yàn)條件下，我們也進(jìn)行了傳統(tǒng)加熱的類Fenton法脫色羅丹明B廢水對比實(shí)驗(yàn)。  

2．3分析方法  

納米材料的粒徑通過ZetasirernanoZS進(jìn)行測量，pH值使用酸度計(jì)進(jìn)行測量，溶液吸光度采用752型紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行測定。  

羅丹明B脫色率按式(1)計(jì)算，  

式中:A0為反應(yīng)前羅丹明B廢水的吸光度，A1為反應(yīng)后羅丹明B廢水的吸光度。  

3結(jié)果與討論  

3．1過氧化氫濃度對羅丹明B脫色率的影響  

由圖1可見，在5min內(nèi)，在沒有過氧化氫存在，單獨(dú)使用催化劑Fe3O4情況下，羅丹明B脫色率僅有8%。這一結(jié)果表明，在沒有過氧化氫的存在下，F(xiàn)e3O4難以脫色羅丹明B。向含有Fe3O4溶液中加入過氧化氫，羅丹明B迅速被氧化脫色，羅丹明B脫色率隨過氧化氫濃度的增加而提高。當(dāng)過氧化氫的濃度達(dá)到5．0mL/L時，在5min內(nèi)，羅丹明B脫色率達(dá)到100%，當(dāng)過氧化氫的濃度減少到1．0mL/L，在相同的時間內(nèi)，羅丹明B脫色率只有29%(圖1)。因此，比較羅丹明B脫色率，過氧化氫最佳濃度為5．0mL/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，脫色率隨著催化劑的用量增加先提高后降低。當(dāng)催化劑用量在1．25g/L時，羅丹明B脫色率達(dá)到100%。使用更多量的催化劑Fe3O4時，脫色率開始下降，其原因可能是活性離子Fe2+/Fe3+增加，羥基自由基產(chǎn)生過快，過多的羥基自由基和其他自由基發(fā)生鏈終止反應(yīng)，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(yīng)時間對羅丹明B脫色率的影響  

實(shí)驗(yàn)考察了通過不同處理工藝比較，反應(yīng)時間對羅丹明B脫色率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3。從圖3可以看出，在5min內(nèi)，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(tǒng)Fenton法處理羅丹明B脫色率僅有56%，而微波輔助類Fenton法處理羅丹明B脫色率達(dá)到100%。通過比較脫色率得知，微波輔助類Fenton法反應(yīng)可以加快脫色過程，因此，下面的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時間選定為5min。  

3．4反應(yīng)溫度對羅丹明B脫色率的影響  

不同反應(yīng)溫度對羅丹明B的脫色率的影響見圖4。如圖4所示，反應(yīng)溫度對羅丹明B脫色有很大的影響。反應(yīng)5min，反應(yīng)溫度為60℃時，羅丹明B脫色率為54%，反應(yīng)溫度為70℃時，羅丹明B脫色率為74%，反應(yīng)溫度為80℃時，羅丹明B脫色率為100%，遠(yuǎn)高于反應(yīng)溫度為60℃和70℃時的脫色率，間接證明了脫色過程吸熱的特性。因此，最佳反應(yīng)溫度為80℃。  

3．5催化劑重復(fù)利用  

在微波輔助Fe3O4/H2O2體系最佳實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行Fe3O4重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)。通過磁分離從溶液中分離出來磁性納米顆粒，以去離子水洗滌三次，用于下一次實(shí)驗(yàn)。從圖5看出，催化劑經(jīng)6次循環(huán)實(shí)驗(yàn)，羅丹明B脫色率還可以達(dá)到100%，表明重復(fù)使用的磁性納米顆粒仍保持良好催化活性。六次實(shí)驗(yàn)后，將硫氰酸鹽和1，10-鄰二氮菲加入到反應(yīng)溶液中，沒有觀察到紅色現(xiàn)象。這個現(xiàn)象說明從催化劑脫落的鐵離子可忽略不計(jì)，表明磁性催化劑非常穩(wěn)定，可以重復(fù)使用。  

4結(jié)論  

我們在實(shí)驗(yàn)室條件下采用微波輔助類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(jié)果表明:  

(1)300W微波條件下，在初始pH值為4，羅丹明B濃度為100mg/L廢水中，在反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時間5min，H2O2用量5．0mL/L，F(xiàn)e3O4用量1．25g/L時，羅丹明B脫色率達(dá)到100%。  

(2)與傳統(tǒng)加熱類Fenton法脫色羅丹明B相比較，類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(yīng)時間，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(wěn)定，可重復(fù)利用，且易回收。

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