穩(wěn)定高鐵酸鹽制備及其處理水中偶氮染料的研究.pdf

1、隨著水中生物難降解有機污染物和生物毒性物質(zhì)的增多，傳統(tǒng)的生物處理面臨著挑戰(zhàn)。高鐵酸鹽因其強氧化、多功能等特點引起了研究者的廣泛關(guān)注。但長期以來，該化學藥劑由于制備成本較高、操作條件嚴苛、穩(wěn)定性較差，目前還未實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。因此簡化高鐵酸鹽合成工藝步驟，降低制備成本對它在水處理中的推廣應(yīng)用具有重要的意義?；诖?，本研究開發(fā)了工藝流程簡單，制備成本底廉，操作簡便的高穩(wěn)定性高鐵酸鹽溶液制備工藝，研究了高鐵酸鹽溶液（Ferrate Sol

2、ution，簡稱FS）處理水中毒性大、難生物降解的偶氮染料的效能，取得了較好的效果。
　　首先通過考察 NaOH和KOH兩種堿性物質(zhì)在不同因素下對溶液中Fe(VI)生成量的影響，得到以KOH為反應(yīng)液，在高溫下反應(yīng)制備Fe(VI)的濕法氧化技術(shù)。然后對其制備工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，制備出高產(chǎn)率、高穩(wěn)定性的高鐵酸鹽溶液，并對 K+促進 Fe(VI)生成的機理和Fe(VI)的制備反應(yīng)動力學進行了研究。結(jié)果表明，當反應(yīng)溫度大于50℃時，KOH

3、比 NaOH更有利于Fe(VI)的生成；在最佳硝酸鐵投加范圍之內(nèi)，F(xiàn)e(VI)生成量受 KOH影響較小；采用KOH制備 Fe(VI)溶液的最佳條件為：6.16mol/LKOH和100g/L Fe(NO3)3·9H2O65℃反應(yīng)1h，得到的Fe(VI)濃度為0.163mol/L。K+對促進 Fe(VI)生成的機理研究表明，反應(yīng)生成的FeO42-能與溶液中足夠的K+相互結(jié)合，生成晶體沉淀析出，從而降低溶液中Fe(VI)濃度，減緩 Fe(VI

4、)的分解速率，使 Fe(VI)的產(chǎn)量增加。此外，K+能包裹在 FeO42-周圍，減緩Fe3+對 FeO42-的催化分解作用，從而提高 Fe(VI)產(chǎn)量。通過研究 Fe(VI)的生成速率與各反應(yīng)物之間的關(guān)系，得到 Fe(VI)的制備反應(yīng)速率方程為：d[Fe(VI)T]/dt=2.25×10-4CFe(Ⅲ)0.9768CClO-0.131COH-0.0637mol/L·s，反應(yīng)的活化能Ea=16.8kJ/mol。
　　為了考察所得高鐵

5、酸鹽溶液的穩(wěn)定性，將其與純高鐵酸鉀溶液的穩(wěn)定性進行了對比，并研究了溫度、Fe(VI)初始濃度、OH-濃度、ClO-濃度以及陰陽離子摻雜物質(zhì)對溶液中Fe(VI)分解速率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，高鐵酸鹽溶液的穩(wěn)定性遠遠高于純高鐵酸鉀溶液的穩(wěn)定性，ClO-的存在是 Fe(VI)穩(wěn)定性增強的主要原因。陰陽離子摻雜實驗結(jié)果表明，鹵化鉀對Fe(VI)的催化分解作用大于鹵化鈉；當摻雜物濃度為10％時，常見陰離子摻雜對 Fe(VI)具有穩(wěn)定促進作用，由強到弱

6、依次為：PO43-> SO42->NO3->CO32-> SiO42-；氧化型陰離子摻雜除 IO4-對 Fe(VI)起穩(wěn)定促進作用外，其它離子對 Fe(VI)均表現(xiàn)為催化分解作用，由弱到強依次為：ClO4-

7、Fe3+　　采用FS處理水中三種不同偶氮結(jié)構(gòu)的染料，系統(tǒng)考察了 FS投加量、pH、染料初始濃度等因素對處理效果的影響，并分析了降解效果與染料分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。研究表明，在 pH=8.4～9，F(xiàn)S投加量為20～25mg/L，氧化反應(yīng)60min時，X-3B、RB5和DB19的脫色率分別為99%、98%和96%，相應(yīng) COD的去除率分別為42%、21%和60%。在 FS處理偶氮染料過程中，F(xiàn)e(

8、VI)和ClO表現(xiàn)出相互協(xié)同作用。通過對染料的降解效果與染料分子結(jié)構(gòu)關(guān)系分析，得出染料芳環(huán)結(jié)構(gòu)以及芳環(huán)上取代基的種類和數(shù)目對其降解性有影響。X-3B結(jié)構(gòu)中三嗪環(huán)的存在使其受 pH的影響不同于RB5和DB19。
　　采用GC/MS、FTIR和UV-Vis等分析手段對偶氮染料的降解歷程進行了深入分析，發(fā)現(xiàn)三種偶氮染料的降解主要以 C—N鍵斷裂方式破壞偶氮鍵，且在降解過程中產(chǎn)生大量的酸性中間產(chǎn)物。實驗研究了初始 pH、反應(yīng)物初始濃度、F