催化鐵內(nèi)電解法降解效率與偶氮染料結(jié)構(gòu)的關(guān)系

EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.催化鐵內(nèi)電解法降解效率與偶氮染料結(jié)構(gòu)的關(guān)系基金項(xiàng)目：國家863計(jì)劃課題“高級催化還原技術(shù)與設(shè)備”（編號：2002AA601270）及上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目基金項(xiàng)目：國家863計(jì)劃課題“高級催化還原技術(shù)與設(shè)備”（編號：2002AA601270）及上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目摘要：11種水水溶性偶氮染染料溶液的催催化鐵內(nèi)電解解法降解試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果表明：：在30min內(nèi)，脫色率率達(dá)到60%以上的染料料占91%，91%的染料的COD去除率大于50%。初步探討討了染料結(jié)構(gòu)構(gòu)與其降解效效率之間的定定性關(guān)系。結(jié)結(jié)果表明，染染料共軛鏈的的長短、偶氮氮雙鍵中的氮氮原子是否與與臨近基團(tuán)形形成氫鍵、取取代基電負(fù)性性大小、染料料的分子量及及空間構(gòu)型、染染料分子在水水中的締合程程度等對降解解效果有影響響。關(guān)鍵詞：催化鐵鐵內(nèi)電解法偶氮染料脫色CODD鐵屑屑法是目前研研究較多并逐逐漸得到應(yīng)用用的一種脫色色技術(shù)，但長長期運(yùn)行后鐵鐵屑容易結(jié)塊塊板結(jié)，效果果大幅下降，本本研究利用電電催化材料——銅作為陰極極，強(qiáng)化鐵屑屑內(nèi)電解陰極極過程的能力力來處理染料料廢水。目前前對催化鐵內(nèi)內(nèi)電解法降解解效率與染料料結(jié)構(gòu)關(guān)系研研究的不多。疏疏水性或不溶溶于水的染料料廢水可用混混凝劑加以處處理，而對于于活性染料、酸酸性染料等水水溶性染料的的處理比較困困難，本文選選取11種水溶性偶偶氮染料，定定性分析了催催化鐵內(nèi)電解解法降解效率率與染料結(jié)構(gòu)構(gòu)的關(guān)系，為為預(yù)測相似結(jié)結(jié)構(gòu)偶氮染料料的降解效果果提供依據(jù)。催化鐵內(nèi)電解法法的降解機(jī)理理有鐵直接還還原、銅電極極表面的還原原、新生態(tài)[H]的還原[2]]、鐵離子的的絡(luò)合聚沉作作用及鐵的氫氫氧化物的靜靜電吸附作用用等[1，3]。電極反反應(yīng)為：陽極（鐵）：FFe（s）→Fe2+（aq）+2e-Fee2+（aq）+2OHH-(aq)→Fe（OH）2（s）陰極(銅)：2H2O（l）+2e-→H2(g)+22OH-（aq）大分子有機(jī)物+ne→小分子有機(jī)機(jī)物鐵的氫氧氧化物也可以以通過表面絡(luò)絡(luò)合和靜電吸吸附去除污染染物，絡(luò)合作作用是污染物物作為配合體體與鐵的氫氧氧化物的配合合[1]，具體體可表示為：：L－H(aq))+（HO）OFe(ss)→L－OFe(ss)+HH2O靜電吸附附是鐵的氫氧氧化物顆粒帶帶有明顯的正正負(fù)電荷，它它能夠吸附去去除帶有相反反電荷的污染染物[1，3]。1材料與方法法1.1材料試驗(yàn)用111種偶氮染料料均為國產(chǎn)商商品染料，應(yīng)應(yīng)用類型涉及及酸性（3個(gè)）、活性性（3個(gè)）、中性(1個(gè))、直接（1個(gè)）陽離子子（3個(gè)），結(jié)構(gòu)構(gòu)有單偶氮（8個(gè)）、雙偶偶氮（2個(gè)）和拼混混染料（即多多種染料按一一定比例混合合而構(gòu)成的染染料）（1個(gè)）。染料料名稱、結(jié)構(gòu)構(gòu)式與性質(zhì)見見表1。其中λmax為紫外外可見分光光光度計(jì)756MC（上海精密密科學(xué)儀器有有限公司）掃掃描該種染料料水溶液獲得得。鑄鐵屑取取自同濟(jì)大學(xué)學(xué)機(jī)械廠，除除油后用蒸餾餾水洗凈備用用；銅件為市市售薄片，剪剪成細(xì)條形備備用。實(shí)驗(yàn)用用水均為自來來水配制，所所用藥品均為為AR級。1.2實(shí)驗(yàn)儀儀器756MC紫外外-可見分光光光度計(jì)（上海海精密科學(xué)儀儀器有限公司司），HYG--A搖瓶柜（太太倉市實(shí)驗(yàn)設(shè)設(shè)備廠），便便攜式pH筆（上海三三信儀表廠），具具塞廣口瓶。1.3實(shí)驗(yàn)方方法將鐵屑和銅片按按一定比例(質(zhì)量比6:1,總質(zhì)量為140g)混合均勻后后，置于500ml廣口試劑瓶瓶中，倒入250ml（200mgg/L）待處理的的染料廢水，密密閉恒溫震蕩蕩（振蕩速率率均為140rppm）反應(yīng)一定定時(shí)間（恒溫溫25℃），取樣過過濾稀釋后進(jìn)進(jìn)行吸光度和和COD的測定，按按下式計(jì)算脫脫色率：，式中Ai為脫色后脫脫色液稀釋n倍后的吸光光度；Ao為脫色前脫脫色液稀釋m倍后的吸光光度。COD的測定：HACH比色法。表1染料結(jié)構(gòu)構(gòu)與脫色率和和COD降解率編號染料名稱染料結(jié)構(gòu)分子量λmax（nm）脫色率（％）COD去除率（％％）1酸性橙II35048578.064.92直接大紅4BSS925.0248496.687.23酸性大紅GR55648485.063.34酸性黑ATT**+536.261393.7566.55陽離子蘭X-GGRRL37161463.7554.16陽離子嫩黃40441469.665.767陽離子紅GRLL493.1353635.018.48活性艷紅X-33B60254264.550..29活性黃X-RGG70539070.669.210活性艷紅M-88B838.154675.263.211中性深黃GL926.343660.155.3*為雙偶氮染料料酸性黑100B和單偶氮氮染料酸性橙橙Ⅱ以70：30(質(zhì)量比比)拼混而成2結(jié)果與討論論2.1不同染染料的催化鐵鐵內(nèi)電解法脫脫色效率比較較由表1可見，不不同染料在相相同反應(yīng)條件件下脫色率不不同，反映出出染料結(jié)構(gòu)對對脫色效果的的內(nèi)在影響；；這些染料，盡盡管結(jié)構(gòu)不同同，應(yīng)用類型型不同，顏色色有差異，但但在30min內(nèi)，染料濃濃度均有不同同程度的下降降，脫色率達(dá)達(dá)到60%以上的染料料占91%。染料的脫脫色是還原作作用和吸附絡(luò)絡(luò)合雙重作用用的結(jié)果。染染料的色度去去除是個(gè)復(fù)雜雜的過程。其其中還原作用用包括化學(xué)還還原和電化學(xué)學(xué)還原，化學(xué)學(xué)還原又可包包括金屬鐵的的直接還原和和金屬鐵在酸酸性條件下的的置換反應(yīng)放放出的新生態(tài)態(tài)[H]的還原，電電化學(xué)還原是是指鐵銅組成成原電池，陰陰電極銅對有有機(jī)物的電催催化還原作用用。分子結(jié)構(gòu)構(gòu)不同會(huì)影響響還原作用的的發(fā)生，具體體因素有染料料共軛鏈的長長短、偶氮雙雙鍵中的氮原原子是否與臨臨近基團(tuán)形成成氫鍵、取代代基電負(fù)性大大小等[3]]。2.2不同染料料的催化鐵內(nèi)內(nèi)電解法COD去除率比較較由表1可可見，染料的的COD去除率在30min內(nèi)達(dá)到60%以上的占91%，這說明催催化鐵內(nèi)電解解法對水溶性性染料降解效效果好，適應(yīng)應(yīng)性較強(qiáng)。染染料COD的去除主要要是混凝吸附附和絡(luò)合作用用的結(jié)果[1，3]。通常酸酸性染料的分分子量較大，分分子中含有－－SO3H，－OH等親水性基基團(tuán)，共扼系系統(tǒng)較長且平平面性好，易易形成分子締締合體(聚集態(tài))，溶液的膠膠體性質(zhì)比較較明顯，易被被混凝除去。直直接染料分子子中－SO3H，－COOH，－OH等親水性基基團(tuán)含量較高高，水溶性好好。在水溶液液中直接染料料分子一般呈呈直線型展開開，幾個(gè)芳環(huán)環(huán)位于同一個(gè)個(gè)平面內(nèi)，直直接染料分子子可通過－SO3H，－OH等基團(tuán)問的的氫鍵相締合合，有較大的的聚集傾向，以以膠體形態(tài)存存在[4]，較易易被化學(xué)混凝凝除去?；钚孕匀玖戏肿幽改阁w上含有較較多的－SO3H，－COOH，－OH等親水性基基團(tuán)，在水溶溶液中溶解度度較好?；钚孕匀玖显谒兄械姆纸鉅顟B(tài)態(tài)隨著結(jié)構(gòu)而而變，分子量量大或芳環(huán)呈呈平面者易發(fā)發(fā)生締合，形形成大分子集集團(tuán)而易被除除去；分子量量小且芳環(huán)不不在同一平面面內(nèi)，多以接接近真溶液的的狀態(tài)存在，混混凝去除率下下降[5]。中性性染料分子中中含有－SO；，－NH2，－OH等親水性基基團(tuán)，有一定定的溶解度。但但由于中心存存在金屬絡(luò)離離子，偶氮鏈鏈上的－SO；－N＝N－，－C＝O－均參與配配位，導(dǎo)致幾幾個(gè)苯環(huán)不在在同一平面內(nèi)內(nèi)，分子間較較難締合，中中性染料在水水中以接近真真溶液的狀態(tài)態(tài)存在，混凝凝作用較低。而而陽離子染料料溶于水中時(shí)時(shí)以真溶液的的狀態(tài)存在，混混凝去除效率率低。2.3染料料結(jié)構(gòu)與降解解效率關(guān)系的的定性分析由于各染料反應(yīng)應(yīng)30min時(shí)的降解率率基本反映了了催化鐵內(nèi)電電解法對染料料的去除速度度和去除能力力，以各染料料在反應(yīng)30min時(shí)的脫色率(表1)為基礎(chǔ)探討討染料結(jié)構(gòu)對對降解率的影影響，根據(jù)染染料結(jié)構(gòu)、降降解效率、染染料結(jié)構(gòu)與顏顏色關(guān)系的理理論以及相關(guān)關(guān)文獻(xiàn)[4，5，6]，通過分分析得到表2。表2染料結(jié)構(gòu)構(gòu)與催化鐵內(nèi)內(nèi)電解法降解解效率的定性性分析影響因素脫色效果COD去除效果果結(jié)構(gòu)因素染料舉例應(yīng)用類型直接可溶染料>>酸性染料>活性染料>中性染料>陽離子染料料直接染料>酸性性染料、活性性染料>中性染料>陽離子染料料分子結(jié)構(gòu)大小、水水溶性基團(tuán)的的存在、類型型與數(shù)量，分分子的空間結(jié)結(jié)構(gòu)及水中締締合程度1、2、5、110含雜環(huán)結(jié)構(gòu)脫色率總體偏低低一點(diǎn)總體偏低，但規(guī)規(guī)律不太明顯顯雜環(huán)含不同原子子和結(jié)構(gòu)，影影響空間結(jié)構(gòu)構(gòu)5、6、7單偶氮偶合組分含鄰位位羥基萘酚的的偶氮染料脫脫色效果好COD去除率較較高羥基與偶氮鍵上上的氮原子形形成氫鍵減少少偶氮鍵的電電子云密度，同同時(shí)提供配位位原子1、2、3、44、8、9、10雙偶氮比相似結(jié)構(gòu)單偶偶氮染料效果果好COD去除率較較高分子共扼鏈的長長短及分子量量的大小及空空間結(jié)構(gòu)、水水中締合程度度1、33結(jié)論3.111種種水溶性偶氮氮染料在30min內(nèi)，91%的染料脫色色率超過60%，91%的染料的COD去除率大于50%。說明催化化鐵內(nèi)電解法法對水溶性染染料降解效果果好，適應(yīng)性性強(qiáng)。3.2染料結(jié)結(jié)構(gòu)與催化鐵鐵內(nèi)電解法脫脫色效率之間間有較密切關(guān)關(guān)系，表現(xiàn)出出如下規(guī)律：：直接染料>酸性染料、活活性染料>中性染料>陽離子染料料；染料的結(jié)結(jié)構(gòu)類型對脫脫色的影響基基本滿足：相相對不含雜環(huán)環(huán)結(jié)構(gòu)的偶氮氮染料，含雜雜環(huán)結(jié)構(gòu)單偶偶氮染料脫色色效果差；含含鄰位羥基荼荼酚的偶氮染染料脫色效果果較好；有相相似結(jié)構(gòu)的雙雙偶氮染料比比單偶氮染料料更易于脫色色。3.3染料的分分子量及空間間構(gòu)型、染料料分子在水中中的締合程度度等染料結(jié)構(gòu)構(gòu)與COD去除率之間間有較密切關(guān)關(guān)系。表現(xiàn)如如下規(guī)律：染染料的分子量量大、空間構(gòu)構(gòu)型呈平面、染染料分子在水水溶液中的締締合程度高的的染料COD去除率高，否否則去除率低低。參考文獻(xiàn)[1]A.Willccock,M.Brrewsteer,W..Tinccher.AmerricanDyeSStuffReporrter((1992))15－22.[2]徐文英，周周榮豐.催化鐵內(nèi)電電解法處理難難降解有機(jī)廢廢水[J]].上海環(huán)境科科學(xué)，2003，22（6）：402－405.[3]張林生，蔣蔣嵐嵐.染料廢水的的混凝脫色特特性及機(jī)理分分析[J]].東南大學(xué)學(xué)學(xué)報(bào)，2000，30（4）：72－76.[4]錢國坻。染染料化學(xué)[M].上海交通大大學(xué)出版社，1988..74－88.[5]鄭冀魯魯，范娟，阮阮復(fù)昌．印染染廢水脫色技技術(shù)與理論述述評[J]．環(huán)境污染染治理技術(shù)與與設(shè)備，2000,,1(5)：29—35．[6]鄭冀魯魯，范娟，阮阮復(fù)昌．印染染廢水混凝脫脫色技術(shù)的分分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)礎(chǔ)[J]．環(huán)境污染染與防治，2002，24（1）：23－25.RelatioonshippbetwweenaazodyyestrructurreandddegrradatiionbyyFe-CCuInternaalEleectrollysisMethoodAbstracct：Theeexperiimentresulltsoffdegrradatiionoff11kkindsofsoolubleeazodyessolutiionussingFFe-CuInterrnalEElectrrolysiismetthodiindicaatedtthattthedeecolorrizatiioneffficieencyoof91%%azodyesreachhedovver600%in30minn.theeCODdegraadatiooneffficienncyoff91%azoddyesrreacheedoveer50%%.Theequallitatiivereelatioonshippbetwweenddyesttructuureannddeggradattioneefficiiencywaseexplorredprrelimiinarilly.Thherellationnshipwasqquiteclosee;theelenggthoffdyeconjuugatedd,exiistencceofhydroogenbbondfformattionoofnittrogennatomminttheazzodouublebbondwwithnnearggroup,,andthellevelof