【Fenton法處理甲基橙廢水實驗探究（論文）】

Fenton法處理甲基橙廢水實驗探究目錄TOC\o"1-2"\h\u7579引言 137131實驗部分 273291.1實驗藥品、儀器與設(shè)備 2321851.2實驗原理 3282181.3配制溶液 4324601.4實驗方法 437151.5分析方法 492222分析與討論 5150322.1甲基橙溶液最大吸收波長的確定 5167412.2甲基橙濃度與吸光度的關(guān)系 671052.3甲基橙降解的最佳反應(yīng)時間 6210643單因素影響 844803.1過氧化氫濃度對甲基橙降解的影響 8226063.2不同F(xiàn)e2+濃度對甲基橙降解的影響 1013913.3溶液初始pH對甲基橙降解的影響 1132273.4反應(yīng)溫度都甲基橙降解率的影響 12209574結(jié)論 137804參考文獻 14摘要：關(guān)鍵詞：甲基橙；有機物；廢水引言的降解一直是工業(yè)界的一個難題[]。采用傳統(tǒng)的方法，比如，生化處理、混凝處理[]、吸附處理[]、膜處理等技術(shù)難以有效去除有機物廢水，可能還會導(dǎo)致額外的污染[]。甲基橙作為一種特殊的染料廢水有機物，因其本身具有特殊的結(jié)構(gòu)，所以本身具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。比如說本身具有比較強的化學(xué)穩(wěn)定性，所以甲基橙會在戶外存在比較長的時間，而且也有多數(shù)有機物所具有的毒性，要想使其去除會有比較大的難度[]。本章采用Fenton法處理甲基橙廢水，探究不同條件下處理甲基橙廢水最佳反應(yīng)條件，對處理其他廢水具有一定的借鑒意1實驗部分1.1實驗藥品、儀器與設(shè)備本實驗使用的實驗藥品、儀器設(shè)備如表1、表2所示。1.1.1實驗藥品表1實驗中使用的化學(xué)試劑及生產(chǎn)廠家試劑名稱分子式生產(chǎn)廠家雙氧水（30%）H2O2振企化工有限公司甲基橙（分析純）C14H14N3NaO3S致遠化學(xué)有限公司硫酸（分析純）H2SO4上?；瘜W(xué)有限公司鹽酸（分析純）HCl上?；瘜W(xué)有限公司氫氧化鈉（分析純）NaOH神龍化工股份有限公司蒸餾水（分析純）H2O宿州學(xué)院生化實驗室七水硫酸亞鐵（分析純）FeSO4·7H2O國藥集團1.1.2儀器設(shè)備表2實驗中使用的儀器與設(shè)備及生產(chǎn)廠家設(shè)備型號生產(chǎn)廠家分光光度計UVS-722N日立高新技術(shù)公司紫外分析儀UV-2450尼高力公司電子天平FA1104B越平科學(xué)儀器有限公司磁力攪拌器DF-Ⅱ杰瑞爾電氣有限公司離心機JW-3021H溫州儀器裝備有限公司酸度計pHS-25世紀(jì)方舟科技有限公司1.2實驗原理由Fe2+和H2O2共同制備而成的一種標(biāo)準(zhǔn)Fenton試劑混合物體系溶液,其實主要是由于處于酸性狀態(tài)下(pH=2-5)和H2O2和Fe2+,在共同的作用下會形成羥基自由基,其在一定的條件下也就具有很高的抗氧化性[]。羥基自由基能夠把絕大多數(shù)難以被降解的有機物進行快速分解和礦化,尤其是對哪些含有微生物有機廢水的有機物和哪些普通的氧化劑難以氧化的的物質(zhì)使其具有較高的氧化強度和非常好的有效的分解率,這樣的處理效果使其對有機物的降解賦予新的含義，讓我們對處理有機物廢水的處理方法給予了新的研究，這種處理廢水的反應(yīng)機理大致為為[]：

(1)Fe2++H2O2→Fe3++OH+·OH

(2)Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+

(3)Fe2++·OH→Fe3++OH-

(4)Fe3++HO2·→Fe2++O2+H+

(5)·OH+H2O2→H2O+HO2·

(6)Fe2++HO2·→Fe3++HO2由于經(jīng)過上述比較復(fù)雜的機理反應(yīng)最后所產(chǎn)生成的羥基自由基其本身所具有電負性其本事其是比較高的，由于上述復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所產(chǎn)生的羥基自由基其本身所自帶的氧化電位大致為(3.1V),這樣其所帶的氧化電位就比不上氟所產(chǎn)生的氧化電位(3.32V)，但是其氧化電位略大于臭氧的(3.04V),而大于二氧化氯的氧化電位(2.6V)[]。由于上述反應(yīng)可以去除污染的有機物，具體原因是因為其本身C-C鍵的氫原子被不飽和C-C鍵填充，有不同的反應(yīng)方法，并且各種污染染料的分子結(jié)構(gòu)都會導(dǎo)致碳鏈斷裂，進而產(chǎn)生迅速的降解,這樣方式的降解機理大致為:

(7)RH++·OH→R·+H2OR·+O2→R0O·

(9)R·+Fe3+→R+Fe2+

(10)RO·+·OH+O2→CO2+H2O

由于整個反應(yīng)溶液體系呈現(xiàn)為比較復(fù)雜的態(tài)勢，在反應(yīng)中我們只能是依靠至關(guān)重要的二價鐵離子在反應(yīng)中取得的催化效應(yīng)，這是在整個反應(yīng)體系中是極其重要的，尤其H2O2是氧化劑的作用，只要鐵離子存在，那么反應(yīng)就會持續(xù)地進行下去，知道其反應(yīng)完全為止。就會產(chǎn)生大分子被氧化成小分子，即是大分子有機物被氧化成無機物小分子，比如說小分子H2O、CO2等[]。從反應(yīng)式我們可以知道,如果我們適當(dāng)增加Fe2+和H2O2的濃度，這樣將會有利于有機污染物的分解，這樣將會提高染料有機物的降解效率。但從式(3)和式(5)可知,過氧化氫和二價鐵離子的過量將會阻礙羥基自由基的的產(chǎn)生[]。1.3配制溶液用天平稱50mg的甲基橙粉末，然后放入1000mL的容量瓶中。加入蒸餾水后稀釋到刻度線，然后振蕩搖勻一段時間，會得到橙色的甲基橙溶液。設(shè)置必定濃度的酸性溶液，使其插入必然體積的甲基橙溶液后，可以精確的調(diào)pH值，以便在嘗試中可以精確的控制變量。1.4實驗方法向燒杯中加入一定量的甲基橙溶液，然后加入緩沖溶液調(diào)節(jié)其pH值，其次加入一定量的七水硫酸亞鐵，然后將燒杯放入恒溫磁力攪拌器中，隨后向溶液中加入30%的過氧化氫溶液，并不斷混合搖勻，每隔一段時間后取液，然后用分光光度計測其吸光度值，計算其降解率。1.5分析方法本實驗采用紫外分光光度計來進行甲基橙濃度的測定，通過對甲基橙溶液特定區(qū)間的全程掃描，即在277-800nm區(qū)間的可見光區(qū)的測定，確定了在500nm處，甲基橙溶液具有最大吸光度值。所以在后面測甲基橙溶液時必須保持可見光的波長固定在500nm不變。在分析不同甲基橙濃度是否符合朗伯比爾定律時，必須保持所有的甲基橙溶液必須在同一pH下進行，因為甲基橙溶液是酸性指示劑，所以如果同一濃度在不同pH下，測得的吸光度值也不相同，所以測得同一濃度的甲基橙溶液的吸光度值，必須保持在同一pH下進行。在實際的計算中，只需知道測定前后的可見光的吸光度值，就可以測得我們所需的甲基橙的降解率，在測得變量對甲基橙降解率的影響中，根據(jù)反應(yīng)前后樣品的吸光度變化求得降解率。計算公式為:降解率=(A0-A)/A0×100%式中，A0、A分別為反應(yīng)前后吸光度值[]。在測定甲基橙降解的最佳反應(yīng)時間，應(yīng)該準(zhǔn)確的把握各種因素之間的平衡，即配置固定濃度的甲基橙溶液，然后控制可見光波長為500nm處，然后加入的燒杯，中然后每隔一段時間測其吸光度，找出最大吸光度對應(yīng)的時間。在測定甲基橙降解的最佳反應(yīng)溫度時，應(yīng)保持其他變量穩(wěn)定，通過測定一系列溫度下甲基橙降解的吸光度，找出甲基橙的最佳反應(yīng)溫度。2分析與討論2.1甲基橙溶液最大吸收波長的確定圖1甲基橙溶液最大吸收波長的確定取一個100mL的燒杯，然后從1000mL容量瓶中用移液管向燒杯里參加50mL的甲基橙溶液，隨后向其加入少許酸性緩沖液，使其溶液的pH維持為3.0，然后用吸管吸入少許溶液加入光柵中，使其作為測量夜。用pH=3.0的蒸餾水作為標(biāo)液，使其共同放入紫外分光光度計中。已知甲基橙溶液的最大吸收波長區(qū)域在460-550nm之間，然后用紫外分光光度計從277nm開始每個1nm測下甲基橙溶液的吸光度值直至800nm，如圖1，甲基橙溶液在接近300左右會出現(xiàn)一個峰，此峰應(yīng)為苯環(huán)的吸收峰。經(jīng)測得酸性甲基橙的最大吸光度為500nm時,此為甲基橙的特性吸收峰，這時候酸性甲基橙對應(yīng)最大吸光度值。所以隨后在測得甲基橙溶液的吸光度時，必須維持波長為500nm[]。2.2甲基橙濃度與吸光度的關(guān)系為了驗證甲基橙溶液濃度對應(yīng)的吸光度值是否有效符合朗比爾定律，保證本次實驗的嚴謹性，本實驗對不同甲基橙溶液對應(yīng)的吸光度值是否具有線性關(guān)系進行了探究。y=0.01985×y=0.01985×+0.8304R2=0.9989圖2甲基橙濃度與吸光度的關(guān)系分別配置10、20、30、40、50、60mol/L的甲基橙溶液，然后調(diào)節(jié)酸堿度使其pH為3.0，使pH=3.0的標(biāo)液與上述溶液依次加入分光光度計中測得吸光度值。如圖2，測得甲基橙溶液與吸光度之間較好符合線性關(guān)系，其線性方程為y=0.01985×+0.01985,線性相關(guān)系數(shù)為R2=0.9989。由圖可知，甲基橙溶液濃度對應(yīng)的吸光度值有效切合朗比爾定律。2.3甲基橙降解的最佳反應(yīng)時間本實驗還尤其探究了甲基橙溶液降解水平與時間的關(guān)系，確定甲基橙水溶液降解的最佳檢測時間。取50ml/L的甲基橙溶液放入100mL燒杯中，然后調(diào)節(jié)溶液pH=3.0,用分光光度計測其初始吸光度值，隨后加入50mg的七水硫酸亞鐵，攪拌3min后，使其充分溶解，隨后加入0.3mL30%的過氧化氫溶液，隨后立刻開啟攪拌，反應(yīng)起頭，同時節(jié)制溫度為30攝氏度，隨后每隔一分鐘取樣測其吸光度。如圖3所示，當(dāng)反應(yīng)時間為5min時，甲基橙水溶液的降解率最大，當(dāng)反應(yīng)時間大于5min時，可以發(fā)現(xiàn)，溶液會產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象，且隨著反應(yīng)時間的延長，渾濁現(xiàn)象會加劇，已知是二價鐵離子被氧化為三價鐵離子后，產(chǎn)生的氫氧化鐵沉淀。圖3甲基橙降解程度與時間的關(guān)系3單因素影響3.1過氧化氫濃度對甲基橙降解的影響在探究過氧化氫的含量在影響甲基橙廢水降解率的實驗中，必須選定一組初始變量，以pH為3.0、濃度為50mL的甲基橙溶液、0.3mL的30%的過氧化氫溶夜、50mg的的硫酸亞鐵、反應(yīng)溫度為30℃為基準(zhǔn)，采用控制變量法，通過改變過氧化氫的體積，找出降解甲基橙溶液的最佳過氧化氫體積。圖4過氧化氫體積對甲基橙降解率的影響實驗選取一組體積分別為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mL的過氧化氫溶液。實驗開始前取5個100mL的燒杯，分別想其加入50ml/L的甲基橙溶液，然后用緩沖液調(diào)節(jié)pH,控制pH為3.0，然后測出其共同初始吸光度，然后立即分別向5個燒杯加入50mg的七水硫酸亞鐵，隨后攪拌上述溶液，使其固體顆粒溶解在甲基橙溶液中，,隨后分別向其加入0.1-0.5mL的過氧化氫溶液，控制反應(yīng)溫度為30℃，并同時攪拌，待反應(yīng)進行5min后，然后分別抽樣放入分光光度計進行測量，由圖4可表明，當(dāng)加入0.2mL質(zhì)量分數(shù)30%的過氧化氫溶液，甲基橙廢水的降解率最高，降解率可到達99.83%，隨后隨著過氧化氫體積的增加，甲基橙廢水的降解率會呈現(xiàn)降低的趨勢，因此過多的過氧化氫的投入會抑制甲基橙廢水的降解。3.2不同F(xiàn)e2+濃度對甲基橙降解的影響在探究鐵離子質(zhì)量對甲基橙廢水降解率的影響時，也需要保持控制變量法，同樣要保持上述的基準(zhǔn)條件。取6個100mL的燒杯，加入50ml/L的甲基橙溶液，保持上述溶液pH為3.0，然后分別向上述溶液中加入20、30、40、50、60、70mg的七水硫酸亞鐵固體顆粒，同樣攪拌使固體顆粒充分溶解，隨后分別向上述燒杯中加入0.3mL30%的過氧化氫溶液，控制反應(yīng)溫度為30℃，攪拌5min中后，分別測其吸光度。圖5鐵離子質(zhì)量對甲基橙去除率的影響由圖5所示，當(dāng)七水硫酸亞鐵的質(zhì)量為40mg時，甲基橙廢水的去除率最高。鐵離子的量過高過低都會影響甲基橙廢水的去除率，當(dāng)鐵離子量過高時或過少時，經(jīng)過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生的羥基的數(shù)量都會減少，導(dǎo)致芬頓反應(yīng)放緩[]。因此在在用芬頓試劑處理甲基橙廢水時，應(yīng)該合理控制二價鐵離子的量，使處理甲基橙廢水的降解達到最高。3.3溶液初始pH對甲基橙降解的影響在探究甲基橙廢水的降解率是否受其酸堿度性影響時，這是本次實驗最難操作的部分，因為甲基橙溶液為酸堿指示劑，其本身的顏色會受pH的影響而不同，所以用分光光度計測出同一濃度不同pH的甲基橙廢水的吸光度也不同，所以本實驗所得出不同pH初始吸光也會由很大的差距，所以本實驗所得出甲基橙廢水的去除率可能一定的偏差，但是也具有一定的代表性。取6個100mL的燒杯，向其各加入50ml/L的甲基橙溶液，接著配置不同酸堿緩沖液，使加入少量就能使6個燒杯中甲基橙廢水依次呈現(xiàn)從1-6的pH值，放入分光光度計測其初始吸光度值，然后接著依次加入50mg的七水硫酸亞鐵粉末，充分攪拌下使其固體充分溶解，隨后加入0.3mL的過氧化氫溶液，恒溫30℃攪拌5min鐘后，測其吸光度。圖6pH值對甲基橙降解率的影響如圖6所示，當(dāng)pH=3.0時，甲基橙廢水的分解率最高，其次為pH=2.0、3.0，當(dāng)pH=4.0、5.0、6.0，降解的降解率呈現(xiàn)快速下降的趨勢，并且甲基橙溶液的顏色變化不大，所以推斷甲基橙廢水的降解在酸性范圍最高，隨著pH的增大，鐵離子會呈現(xiàn)沉淀狀，不利于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進行，產(chǎn)生的羥基量會減少，芬頓反應(yīng)會進行非常緩慢。3.4反應(yīng)溫度都甲基橙降解率的影響圖7：甲基橙廢水降解率與溫度的關(guān)系在探究甲基橙降解的最大反應(yīng)溫度時，應(yīng)保持初始其他變量不變，控制溫度分別20、30、40、50、60℃，攪拌反應(yīng)5min鐘后，測定各反應(yīng)溫度在甲基橙的吸光度。如圖7，當(dāng)反應(yīng)溫度為40℃時，甲基橙廢水的降解率達到最大，說明在一定反應(yīng)溫度內(nèi)，甲基橙廢水的降解率隨著溫度的增大而增大。推測時隨著反應(yīng)溫度的增高，反應(yīng)所需的羥基自由基會增多，從而增大芬頓反應(yīng)速率[]。但是超出一定溫度后，溫度的增加會導(dǎo)致過氧化氫的分解，芬頓反應(yīng)速率會降低[]。4結(jié)論本文探究了用Fenton法處理甲基橙廢水的實驗研究，根據(jù)實驗表明甲基橙溶液在500nm處存在最大吸光度，在用芬頓試劑處理甲基橙廢水的過程中，當(dāng)pH=3.0、甲基橙溶液為50ml/L、30%的過氧化氫為0.2mL、七水硫酸亞鐵質(zhì)量為40mg時，反應(yīng)溫度為40℃，反應(yīng)進行5min后，甲基橙的降解率會達到98%以上。圖8降解前后吸光度對比圖8是在上述最佳條件下降解前后紫外掃描情況，可以得出芬頓試劑對于甲基橙內(nèi)的苯環(huán)和特征吸收基團具有很好的降解效果。參考文獻[1]ShijunHe,WeihuaSun,JianlongWang,LvjunChen,YouxueZhang,JiangYu.Enhancementofbiodegradabilityofrealtextileanddyeingwastewaterbyelectronbeamirradiation[J].RadiationPhysicsandChemistry,2016,124.[2]暴雅嫻,華兆哲,李秀芬,鄒路易,堵國成,陳堅.Fenton氧化處理甲基橙染料模擬廢水的動力學(xué)研究[J].水資源保護,2007(02):84-87.[3]周美珍,郭涓,李萍.Fenton試劑氧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