高铁酸钾降解铬黑T和铬蓝黑R的研究

李金莲，张红梅，孙兰兰，陈彦广

(1.东北石油大学 化学化工学院，黑龙江 大庆 163318；2.中国石油天然气第七建设公司，山东 青岛 266061)

印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大、有毒等特点，属难处理的工业废水[1-2]。偶氮染料是染料工业所用合成有机染料中最主要的一种，约占当今所用染料一半，在染料废水中含量极大。到目前为止，染料废水的脱色问题一直没有得到较为有效的处理。高铁酸盐具有氧化、吸附和絮凝的多种功能，是一种新型的绿色环保水处理剂[3-5]。近年来，高铁酸盐在染料废水处理中被广泛的应用。吴志敏等[6]在常温下采用高铁酸钾(K2FeO4)降解50 mg/L酸性红B，高铁酸钾用量70 mg/L，pH=6～10条件下，色度去除率可达100%。高铁酸钾具有明显的脱色效果，但应用于偶氮染料铬黑T和铬蓝黑R废水的处理报道较少。因此，作者采用高铁酸钾氧化处理铬黑T和铬蓝黑R模拟染料废水，考察高铁酸钾用量、温度和染料浓度对脱色效果的影响。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

铬黑T：分析纯,天津市化学试剂一厂；铬蓝黑R：分析纯，北京化工厂；高铁酸钾：质量分数98%，自制。

722光栅分光光度计：山东高密分析仪器厂；集热式恒温加热磁力搅拌器：巩义市予华仪器有限责任公司；AL104电子天平：梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.2 分析方法

染料浓度在最大吸收波长下进行测定(铬蓝黑R和铬黑T的最大吸收波长分别为520 nm和540 nm)，对质量浓度作标准工作曲线，待测溶液用内插法确定质量浓度，由质量浓度变化计算染料的脱色率。染料脱色率由式(1)计算。

(1)

式中，x-脱色率；ρ0，ρt-反应前后染料的质量浓度。

1.3 高铁酸钾氧化实验

取一定量的染料，用蒸馏水配制成模拟染料废水。取100 mL模拟染料废水置于500 mL烧杯中，将烧杯置于放有温控探头的水浴容器中，恒定温度下加入高铁酸钾进行氧化降解。反应过程中每隔一定时间取样分析染料的吸光度，并计算其残余质量浓度，以此计算染料的脱色率。

2 结果与讨论

2.1 高铁酸钾用量的影响

以100 mg/L铬黑T和铬蓝黑R废水为反应液，恒温20 ℃，考察高铁酸钾用量对铬黑T和铬蓝黑R脱色率的影响，见图1和图2。

由图1和图2可以看出，反应20 min后脱色率变化趋于稳定。这是因为高铁酸钾具有强氧化性，短时间就可迅速氧化，达到较好脱色效果。随着高铁酸钾投加量的增加，铬黑T和铬蓝黑R的脱色率先增大后减小。

t/min图1 高铁酸钾用量对铬黑T脱色率的影响

t/min图2 高铁酸钾用量对铬蓝黑R脱色率的影响

这是因为高铁酸钾的氧化性与其投加量有关，在一定范围内高铁酸钾投加量增加，氧化性增大，脱色率增大；当高铁酸钾投加量过高时，高铁酸钾在溶液中的浓度增加，稳定性下降；另外高铁酸钾投加量增加溶液显碱性，高铁酸钾的氧化电位下降，均导致高铁酸钾氧化性降低，所以脱色率不再增大。实验结果表明高铁酸钾降解铬黑T的最佳投加量为150 mg/L，脱色率为87.2%；采用高铁酸钾降解铬蓝黑R，最佳投加量200 mg/L，脱色率为92.4%。

2.2 反应温度的影响

以100 mg/L铬黑T和铬蓝黑R废水为反应溶液，高铁酸钾用量分别为150 mg/L和200 mg/L，考察反应温度对脱色率的影响，见图3和图4。

由图3和图4可以看出，提高反应温度，脱色率稳定增加。这是因为提高反应温度，分子活性增强，所以相同高铁酸钾投加量，脱色率随温度增加而增大。但是温度过高，高铁酸钾因热稳定性下降而发生分解[7]，氧化性下降，脱色率减小。提高反应温度，一方面分子热运动加快，分子碰撞频率增高，活化分子数增多，参与反应的有效分子数增多，所以适当的提高反应温度，脱色率增大。当温度过高，高铁酸钾因稳定性下降而发生分解，氧化能力反而降低。实验结果表明铬黑T和铬蓝黑R最佳反应温度均为20 ℃。

t/min图3 反应温度对铬黑T脱色率的影响

t/min图4 反应温度对铬蓝黑R脱色率的影响

2.3 染料质量浓度的影响

通过高铁酸钾降解100 mg/L铬黑T的最佳投加量(150 mg/L)确定m(高铁酸钾)∶m(与铬黑T)=1.5∶1，恒温20 ℃，考察铬黑T浓度(20～100 mg/L)变化对脱色率的影响，见图5。

t/min图5 染料浓度对铬黑T脱色率的影响

通过高铁酸钾降解100 mg/L铬蓝黑R的最佳投加量(200 mg/L)确定m(高铁酸钾)∶m(铬蓝黑R)=2∶1，恒温20 ℃，考察铬蓝黑R质量浓度(20～100 mg/L)变化对脱色率的影响，见图6。

t/min图6 染料浓度对铬蓝黑R脱色率的影响

由图5和图6可以看出，当高铁酸钾与染料质量比一定的条件下，染料质量浓度对铬黑T和铬蓝黑R脱色率影响较小，均可达到87%以上。这是因为高铁酸钾在反应过程中Fe(VI)能被还原为Fe(V)和Fe(IV)，而Fe(V)和Fe(IV)的氧化能力更强，其与污染物质的反应速率比Fe(VI)快3～5个数量级[8]，其较强的氧化性能较容易地使铬黑T和铬蓝黑R的发色基团发生断裂而达到脱色的目的。

3 结 论

(1) 高铁酸钾降解100 mg/L铬黑T和铬蓝黑R时，氧化剂最佳用量分别为150 mg/L和200 mg/L；最佳降解温度均为20 ℃。

(2) 当染料质量浓度低于100 mg/L时，改变染料浓度，染料脱色率均可达到87%以上。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 孟范平, 易怀昌.各种吸附材料在印染废水处理中的应用[J].材料导报，2009，23(7)：69-73.

[2] 相龙玲，张雷，王德英.Ni、B共掺杂TiO2-陶粒光催化工业用水与废水降解染料废水研究[J].工业用水与废水，2011，42(6)：63-66，74.

[3] Jia-Qian Jiang，Alex Panagoulopoulos，Mike Bauer，et al.The application of potassium ferrate for sewage treatment[J].Journal of Environmental Management，2006，79(2)：215-220.

[4] Ma Jun，Liu W.Effectiveness and mechanism of potassium ferrate(VI) preoxidation for algae removal by coagulation[J].Water Res,2002，36(4)：871-878.

[5] Yong Yong Eng，Virender K Sharma，Ajay K Ray.Ferrate(VI)：green chemistry oxidant for degradation of cationic surfactant[J].Chemosphere，2006，63(10)：1785-1790.

[6] 吴志敏，赖经妹，张丽.偶氮染料的高铁酸钾脱色及动力学研究[J].印染助剂，2010，27(7)：24-26.

[7] 宋华，王园园.高铁酸钾在中性、酸性介质中的稳定性[J].化学通报，2008(9)：696-700.

[8] Rush J D，Zhao Z，Bielski B H J.Reaction of ferrate(VI)/Ferrate(V) with hydrogen peroxide and superoxidize anion：a stopped-flow and premix pulse radiolysis study[J].Free Radical Research，1996，24(3)：187-198.