類Fenton是在Fenton工藝中引入紫外光等以提高•OH的產(chǎn)生率及氧化過程的動力學(xué)速率，如Fe2+/H2O2/UV等。采用該類技術(shù)處理難降解有機物具有廣闊前景，但由于處理費用高、加入的金屬離子會引入二次污染等缺點而限制了該類技術(shù)的推廣。

活性炭具有發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，被廣泛用于吸附和催化領(lǐng)域。將金屬離子負載于活性炭上制備成負載型催化劑，不僅可以避免金屬離子的二次污染，還可重復(fù)使用，提高催化劑的利用率并降低成本。活性炭對微波有很強的吸收能力，微波輻射會在活性炭表面產(chǎn)生熱點，可強化催化作用。但目前國內(nèi)對將金屬離子負載于活性炭上并采用微波誘導(dǎo)的類Fenton反應(yīng)研究較為有限。

筆者以顆粒活性炭為載體，負載鐵、銅離子制備了催化劑，采用微波/催化劑/H2O2工藝降解偶氮染料酸性紅B，探討了不同因素對酸性紅B降解率的影響，以期開發(fā)一種低成本的催化氧化方法來處理色度高、有機物濃度大、難降解的染料廢水。

1實驗部分

1.1試劑和儀器

試劑：酸性紅B，市售分析純；H2O2（質(zhì)量分數(shù)30%），優(yōu)級純，成都市科龍化工試劑廠；硝酸鐵，分析純，上海強順化學(xué)試劑有限公司；鄰菲啰啉，分析純，重慶博藝化學(xué)試劑有限公司；硝酸銅、二乙基二硫代氨基甲酸鈉，分析純，成都市科龍化工試劑廠。

儀器：MCL-2型微波化學(xué)實驗儀，四川大學(xué)無線電系；pHs-25型數(shù)顯酸度計，杭州雷磁分析儀器廠；752型紫外可見分光光度計，天津市拓普儀器有限公司；DR4000型分光光度計，美國哈希公司。

1.2活性炭載體的制備

實驗所用活性炭為重慶天池化工有限公司生產(chǎn)的椰殼活性炭，粒度為1.65~0.69mm（10~24目），比表面積（1100±50）m2/g，碘值900~1100mg/g，苯酚吸附值150mg/g，四氯化碳吸附率50%~70%，亞甲藍吸附值（180±10）mg/g。

將活性炭用高純水洗滌至洗液清澈，在105℃下烘干后浸于體積分數(shù)為1%的HCl溶液中，在20℃、200r/min下震蕩4h去除活性炭表面的灰分，用高純水洗滌至洗液pH不再變化，置于105℃烘箱中烘干12h。在氮氣保護下進行微波改性處理，改性條件為載氣流量30L/h、微波功率100W、輻照時間3min，以改性后的活性炭作載體負載催化劑。

1.3催化劑的制備

在焙燒管中加入3g改性活性炭，按所需量加入Fe（NO3）3、Cu（NO3）2溶液，浸漬24h后，于105℃烘干12h，置于馬弗爐中300℃焙燒2h后即得到負載型催化劑。

1.4酸性紅B的測定

分別對質(zhì)量濃度為10、50、100mg/L的酸性紅B進行吸光度掃描，見圖1。從圖1可以看出，酸性紅B在506nm處具有穩(wěn)定的吸收峰。

在10～150mg/L范圍內(nèi)配制酸性紅B標(biāo)準(zhǔn)溶液，在λ=506nm處測其吸光度，得到質(zhì)量濃度-吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2所示。從圖2可以看出，酸性紅B的質(zhì)量濃度與吸光度呈線性關(guān)系，R2可達0.9999。利用該標(biāo)準(zhǔn)曲線，可通過測定酸性紅B的吸光度來計算酸性紅B的質(zhì)量濃度。

1.5實驗方法

取100mL質(zhì)量濃度為100mg/L的酸性紅B溶液，加入一定量的催化劑、H2O2溶液，放入微波爐中，設(shè)定好微波功率和輻照時間后開啟微波，對酸性紅B進行催化氧化降解實驗。取反應(yīng)后的上清液測定酸性紅B，計算出相應(yīng)的降解率。

2結(jié)果與討論

2.1催化劑的確定

在催化劑用量為0.2g、H2O2用量為0.1mL、微波功率300W、輻照時間4min的條件下，采用微波/催化劑/H2O2工藝降解酸性紅B，考察各催化劑的催化性能，結(jié)果見表1。

從表1可以看出，由于負載金屬離子的種類和負載量不同，酸性紅B的降解效果差異很大，降解率在51%～98%之間。其中負載Fe3+的催化劑催化效果較差；負載Cu2+的效果優(yōu)于負載Fe3+；而負載鐵銅雙金屬離子的催化劑降解率在96.67%～97.33%，催化效果最好。當(dāng)Fe3+、Cu2+負載量由0.7%增加到1.0%時，降解率均有提高，此后繼續(xù)增加金屬離子負載量，降解率不再發(fā)生明顯變化。分析其原因，活性炭上可供金屬離子負載的活性位數(shù)量是一定的，當(dāng)金屬離子負載量較少時，還存在多余的活性位，此時增加負載量可以提高催化效果；而當(dāng)活性位均被占據(jù)后，金屬離子負載達到飽和，再增加金屬離子也不能提高催化效果。在Fe3+-Cu2+負載雙金屬催化劑中，固定Cu2+負載量為1.0%，當(dāng)Fe3+負載量在0.7%～1.5%范圍內(nèi)變化時沒有引起降解率的顯著差異，降解率在96.67%～97.33%，說明在Fe3+-Cu2+催化劑中起到主要催化作用的是Cu2+。由以上分析可知，F(xiàn)e3+-Cu2+型催化劑的催化性能最好，其適宜的Fe3+、Cu2+負載量均為1.0%。

2.2酸性紅B降解因素分析

2.2.1初始pH的影響

在投加0.2g催化劑、0.1mLH2O2、微波功率為300W及輻照時間4min的條件下，考察初始pH對酸性紅B降解率的影響，結(jié)果見圖3。

從圖3可見，初始pH對酸性紅B的降解率影響很大，在考察的初始pH范圍內(nèi)，反應(yīng)后溶液中酸性紅B在0.95～58.26mg/L之間，對應(yīng)的降解率為99.05%～42.32%，差異顯著。pH在2.5～4時，降解率為98.97%～99.05%，差異較小，但當(dāng)pH＞4時酸性紅B的降解率顯著下降；pH達到6時，降解率降到42.32%，可見較高的pH不利于催化反應(yīng)的進行，適宜pH為3。

分析其原因，對于微波誘導(dǎo)下的類Fenton反應(yīng)，酸性環(huán)境有利于•OH產(chǎn)生。類Fenton反應(yīng)與Fenton反應(yīng)相似，其最優(yōu)pH在2.5～4.0之間，當(dāng)pH＞4時，金屬離子會與緩沖劑形成絡(luò)合物，降低H2O2分解的動力學(xué)速率，從而抑制•OH的生成〔1〕；另外，酸性紅B為陽離子弱酸性染料，在水中溶解度高，pH過高時酸性紅B會發(fā)生色光變化，甚至產(chǎn)生沉淀〔3〕，減少其與催化劑及•OH的接觸碰撞，從而降低降解效果。

2.2.2催化劑投加量的影響

在反應(yīng)液初始pH為3、H2O2用量為0.1mL、微波功率為300W及輻照時間4min的條件下，考察催化劑投加量對降解效果的影響，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，無催化劑存在時酸性紅B的降解率很低，只有4.6%，隨著催化劑的加入，降解率迅速增加，說明催化劑對酸性紅B降解效果影響較大；此后隨著投加量的增加，酸性紅B的降解率逐步提高，當(dāng)催化劑投加量為0.1g時降解率可達99.14%，4min內(nèi)基本能將酸性紅B去除。

2.2.3H2O2投加量的影響

在反應(yīng)液初始pH為3、催化劑投加量為0.1g、微波功率300W及輻照時間4min的條件下考察H2O2投加量對降解效果的影響，結(jié)果見表2。

由表2可知，未投加H2O2時酸性紅B降解率僅為1.34%，加入H2O2后降解率急劇增加，當(dāng)H2O2投加量為0.05mL時，降解率達到最大值99.08%；此后隨著H2O2的繼續(xù)增加，降解率由99.08%降低到97.58%，即酸性紅B降解率隨H2O2投加量的增加呈現(xiàn)先增大后略減小的趨勢。分析其原因，H2O2在微波輻照下產(chǎn)生超強氧化性的•OH〔4〕，但H2O2本身又是•OH的猝滅劑，投加量過多反而會導(dǎo)致•OH生成鏈的終止（•OH+H2O2→H2O+HO2•），而且生成的•OH也很容易發(fā)生自聚合反應(yīng)（•OH+•OH→H2O2）〔2〕，因而不利于酸性紅B的降解。實驗確定的H2O2適宜投加量為0.05mL。

2.2.4微波功率的影響

在反應(yīng)液初始pH為3、催化劑投加量為0.1g、H2O2投加量為0.05mL、輻照時間4min的條件下，考察微波功率對降解效果的影響，結(jié)果見表3。

由表3可知，無微波作用時酸性紅B的降解率僅有5.84%，微波功率為100W時降解率為17.52%，微波誘導(dǎo)作用不明顯。但當(dāng)功率從100W增加到200W時，酸性紅B的降解率急劇上升到96.13%；功率達到300W時降解率最高，達到99.05%；繼續(xù)增加微波功率，降解率有微弱的降低。說明微波誘導(dǎo)作用對降解反應(yīng)的進行會產(chǎn)生明顯影響。由于過高的功率會產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致部分H2O2分解成O2和H2O〔5〕，不利于•OH的生成及酸性紅B的降解，因此適宜的微波功率為300W。具體參見http://www.bnynw.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.2.5微波輻照時間的影響

在反應(yīng)液初始pH為3、催化劑投加量為0.1g、H2O2投加量為0.05mL、微波功率300W的條件下，考察微波照射時間對酸性紅B降解效果的影響。當(dāng)輻照時間為1min時酸性紅B降解率為43.09%，隨著輻照時間的延長，降解率明顯增加；當(dāng)輻照時間由1min增加到3min時，去除率由43.09%升高到96.14%。輻照時間為4min時，酸性紅B的降解率達到最大值99.05%，幾乎降解完全。

3結(jié)論

（1）采用微波/催化劑/H2O2降解酸性紅B時，不同負載金屬離子和負載量催化劑的降解效果差異很大。其中Fe3+-Cu2+（質(zhì)量分數(shù)均為1.0%）負載活性炭催化劑的效果最好。

（2）酸性紅B降解率隨催化劑投加量的增加而提高；初始pH在2.5～4時催化活性差異小，催化反應(yīng)可順利進行，較高的pH不利于催化反應(yīng)的進行。

（3）對于100mL初始質(zhì)量濃度為100mg/L的酸性紅B染料廢水，在初始pH=3、催化劑投加量0.1g、H2O2投加量為0.03mL、微波功率300W、反應(yīng)4min的條件下，可有效去除酸性紅B，去除率達到99.05%。