活性炭负载锰催化Na2S2O8降解亚甲基蓝的研究

徐清艳

(闽江学院 化学与化学工程系,福建 福州 350108 )

活性炭负载锰催化Na2S2O8降解亚甲基蓝的研究

徐清艳

(闽江学院 化学与化学工程系,福建 福州 350108 )

采用浸渍法制备活性炭负载锰的催化剂，探讨了锰负载量、Na2S2O8浓度、催化剂用量、亚甲基蓝的初始浓度、pH值以及无机离子对降解亚甲基蓝的影响，并运用XRD和SEM对该催化剂进行表征。实验结果表明：在锰负载量为6%、Na2S2O8浓度为5.5g/L、催化剂用量为0.25g、亚甲基蓝初始浓度为14mg/L、pH值为5的条件下，亚甲基蓝的降解率最高为97.1%。

活性炭；负载锰；催化；Na2S2O8；亚甲基蓝

近年来，过硫酸盐高级氧化技术它已成为研究热点[1-2]。过硫酸盐的活化主要通过紫外光解、高温热解、辐射分解和过渡金属催化分解这几种方式来实现[3]。其中最为简单易行的是过渡金属离子活化，但其引入的离子容易流失，会造成二次污染。因此负载过渡金属离子的非均相催化剂活化过硫酸盐降解技术成为研究热点，因为它可以克服以上缺点，还能循环利用[4]。本实验以亚甲基蓝作为研究对象，利用活性炭负载锰作为催化剂催化过硫酸钠，为过硫酸盐氧化技术去除难降解有机污染物提供参考。

1 实验

1.1 实验试剂和仪器

实验试剂：硝酸锰、活性炭、氢氧化钠、亚甲基蓝、过硫酸钠均为分析纯。

仪器：722型分光光度计；828型酸度计；79-1型磁力加热搅拌器；TDL80-2B型台式离心机；MiniFlex600 X射线衍射仪；UV-2550紫外-可见吸收光谱仪。

1.2 催化剂的制备

取适量活性炭于锥形瓶，加入一定浓度的四水硝酸锰溶液，于80℃水浴蒸干，然后在105℃下烘干。将干燥后的固体在马弗炉中煅烧3 h，得到活性炭载锰的催化剂[5]。

1.3 亚甲基蓝的降解

取初始浓度为10mg/L的亚甲基蓝100mL于锥形瓶中，调节溶液pH值，加入一定量的Na2S2O8和催化剂，搅拌均匀后置于水浴恒温振荡器中反应一定时间，将反应后的溶液进行离心，取上层清液在波长664nm测定其吸光度A。

在一定浓度范围内，由朗伯-比耳定律，用测得的亚甲基蓝反应前后吸光度代替浓度来计算溶液的降解率，计算式为：D=(A0-A)/A0×100%[6]。式中：A0-亚甲基蓝的初始吸光度；A -降解后亚甲基蓝的吸光度。

2 实验结果与讨论

2.1 空白实验

图1 空白实验

图1是分别做只单独加Na2S2O8、活性炭和Mn2+这三者的空白实验结果。由图1可见，只加Na2S2O8gt;只加活性炭gt;只加降解率，但这三种情况的降解率都不高。说明这三种情况单独使用都难于有效降解亚甲基蓝。

2.2 各因素对亚甲基蓝降解率的影响

2.2.1 锰负载量的影响

由图2可知，亚甲基蓝的降解率先随锰负载量的增大而增大。当锰负载量为6%时，亚甲基蓝的降解率为71.8%；而之后降解率随负载量的增大反而较快下降。这可能是因为在锰低负载量时生成的晶体分布散又有规则，比表面积比较大；在相对高负载量(10%)时，生成的晶体颗粒较大，部分可能从活性炭表面脱落，使比表面积变小，不利于催化作用。故最佳锰负载量取6%。

图2 锰负载量的影响

2.2.2 Na2S2O8浓度的影响

图3 Na2S2O8浓度的影响

2.2.3 催化剂用量的影响

图4 催化剂用量的影响

图4是不同催化剂用量对降解亚甲基蓝的影响结果。由图4可以知道，当催化剂用量超过0.25g时，亚甲基蓝的降解率变化不大。因此催化剂最佳用量为0.25g。

2.2.4 亚甲基蓝初始浓度的影响

图5 亚甲基蓝初始浓度的影响

2.2.5 pH值的影响

图6 pH值对降解亚甲基蓝的影响

2.2.6 无机离子的影响

图7 无机离子的影响

3 催化剂的性能表征

3.1 XRD性能表征

由图8可知，负载锰后出现较明显的尖锐衍射峰。与JCPDS标准卡片(18-0802)对比可知在2θ为12.51°处出现明显的MnO2的特征衍射峰；此外与JCPDS标准卡片(24-0734)对比可知在2θ为36.11°、60.11°、64.55°处出现强度不同Mn3O4的衍射峰。这说明制备的催化剂是锰以氧化物的形式成功负载在活性炭上。

图8 催化剂的XRD图

3.2 SEM性能表征

图9 催化剂的SEM图

由图9可以看出，活性炭表面有大量的片状结晶，分布较散，部分以规则的晶体状负载在活性炭上，部分粒子形成较大颗粒。结合XRD图可知片状晶体主要是MnO2和Mn3O4。并且活性炭上微孔较少。这可能是由于煅烧时间太长或煅烧温度太高，使得活性炭的一些孔隙结构发生坍塌[8]。

4 紫外-可见吸收光谱分析

由图10可见，随反应时间的增加，亚甲基蓝的特征吸收峰在逐渐减弱。这说明亚甲基蓝的发色基团在逐渐被破坏。当反应时间为50min时，亚甲基蓝的特征吸收峰对应的吸光度接近于零，这说明亚甲基蓝已基本降解完全。

图10 紫外-可见吸收光谱图

5 结论

(1)本实验采用浸渍法制备催化剂，通过对催化剂进行XRD和SEM性能表征，得出锰以氧化物的形式负载于活性炭上，负载后提高了催化剂的活性。

(2)在亚甲基蓝初始浓度为14mg/L，Na2S2O8浓度为5.5g/L，催化剂用量为2.5g/L，pH值为5的条件下，亚甲基蓝的降解率最高为97.1%。

[1] 陈义华，李 刚，许方程，等.染料废水污染现状及处理方法研究进展[J].浙江农业科学，2014，24(2)：264 -269.

[2] 刘冠凤. 聊城市地表水环境问题及对策研究[D]. 武汉：武汉理工大学，2012.

[3] 杨世迎，杨鑫，王萍，等. 过硫酸盐高级氧化技术的活化方法研究进展[J]. 现代化工，2009，29(4)：13-19.

[4] 梁 宏，曾抗美. 染料废水处理方法的研究进展[J]. 四川轻化工学院学报，2003，16(2)：20-24.

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(本文文献格式：徐清艳.活性炭负载锰催化Na2S2O8降解亚甲基蓝的研究[J].山东化工，2017，46(20)：173-175.)

TheDegradationofMethyleneBluebySodiumPersulfatewithMn-loadedActivatedCarbonasCatalyst

XuQingyan

(Chemistry and Chemical Engineering Department of MinJiang University, Fuzhou 350108,China)

Activated carbon with manganese loaded as catalyst was prepared by using impregnation method, the influences of factors such as Mn-loaded account, sodium persulfate concentration, catalyst dosage,the initial concentration of methylene blue,pH value and different inorganic ions were investigated. And X-ray diffraction (XRD)，scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize the catalyst. The results showed that the best Mn-loaded account of catalyst was 6% , and when the initial concentration of methylene blue was 14mg/L, the oxidant dosage was 5.5g/L, the catalyst dosage was 0.25g, the pH value was 5, the best decolorization rate of methylene blue was 97.1%.

activated carbon；manganese-loaded；sodium persulfate；degradation；methylene blue

2017-08-27

福建省教育厅项目(JA160392)

徐清艳(1977—)，女，福建建瓯人，副教授，主要从事水处理方面的研究。

X52

A

1008-021X(2017)20-0173-03