一种过硫酸盐活化的方法与流程

本发明属于生态环境保护领域，具体涉及一种过硫酸盐活化的方法。

背景技术：

基于硫酸根自由基（so4^-·）的高级氧化技术是近年来环境治理领域的研究热门，过硫酸盐可以被紫外光、热、过渡金属等激活产生so4^-·，在这些活化方式中，过渡金属离子活化由于能耗少、费用低，相对于其他活化方式而已，具有较高的实际应用价值；然而过渡金属活化普遍为均相体系，容易造成金属离子溶于水体造成二次污染，同时均相体系的催化活性受ph值影响大，不能回收利用，且存在潜在毒性，近年来，过渡金属氧化物的活化方式逐渐涌现，过渡金属氧化物不仅能具有过渡金属离子活化的优点，而且不会造成二次污染，可以回收利用。

技术实现要素：

其中fe3o4是一种性能优良的非均相类芬顿反应催化剂，其优点在于：

（1）fe3o4粒子表面的fe²⁺可以迅速与过硫酸盐发生活化反应生成so4^-·，其较高的氧化还原电位，能提高体系整体的氧化能力，从而保障体系对有机污染物的高效率降解。

（2）过硫酸盐的活化与污染物的降解发生在fe3o4的表面，可有效减少生成的so4^-·与fe3o4中fe²⁺的接触，降低副反应发生的机率，确保过硫酸盐利用率能比较高；同时避免大量铁离子溶于水体造成二次污染。

（3）fe3o4晶体颗粒比较大，呈现团簇状，使得fe3o4自身具有一定的吸附性，能够有效吸附水体中的有机污染物与重金属，强化体系对废水的处理，提高废水去除率。

（4）fe3o4中fe³⁺在碱性条件下生成fe(oh)3，fe(oh)3具有絮凝作用，能沉淀大分子有机物，在一定程度上能对反应体系对废水的降解起到推动作用，强化体系对废水的治理效果。

鉴于fe3o4的诸多优点，本发明采用fe3o4活化pds降解罗丹明b染料废水，考察溶液初始ph、fe3o4投加量、pds投加量、反应温度等因素对罗丹明b染料废水去除的影响，并进行正交试验明确各影响因素对去除率的影响程度，以寻求对染料废水的最佳去除率，实验同时测定fe3o4的重复性，以便于实际应用过程中的重复利用，为处理染料废水的工程应用提供理论支持。

fe3o4活化pds处理罗丹明b染料废水具体包括以下步骤：

（1）取60mg罗丹明b试剂溶于烧杯，然后转移至500ml容量瓶，用蒸馏水多次冲洗烧杯并将水溶液转移到容量瓶中，最后将容量瓶中的溶液稀释到刻度线，配制罗丹明b储备液；

（2）量取液50ml罗丹明b储备液于200ml容量瓶中，稀释至刻度线，制成30mg/l的罗丹明b溶液，并转入烧杯中。再利用h2so4和naoh调节溶液的ph值分别为3~9，然后将溶液转入锥形瓶中，放入恒温震荡箱，并加入0.5~1.5g/l的fe3o4，2~4g/l的过硫酸钾（pds），反应温度为25~60℃。分别在0、5、10、30、45、60、90min取罗丹明b水样2ml，并加入1ml的甲醇淬灭水样中的活性自由基终止反应，避免自由基继续降解罗丹明b，影响水样结果的测定。经0.45μm的针孔滤膜过滤后测定浓度。利用分光光度计在最大吸收波长558nm处测定，确定水样的吸光度，利用标准曲线计算出对应的染料浓度。

附图说明

图1是fe3o4活化pds前后去除罗丹明b的比较；

图2初始ph对罗丹明b降解率的影响；

图3fe3o4投加量对罗丹明b降解率的影响；

图4pds投加量对罗丹明b降解率的影响；

图5反应温度对罗丹明b降解率的影响；

图6fe3o4循环使用性对比。

具体实施方式

下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

实验条件：实验条件：单独投加pds时，pds投加量为3g/l；单独投加fe3o4时，fe3o4投加量为1g/l；fe3o4/pds体系内，pds投加量为3g/l，fe3o4投加量为1g/l，溶液初始ph均为3。

由图1可知，单独投加pds时，罗丹明b降解率为25.6%。pds自身具有一定的氧化能力，当pds溶于水溶液中，会发生水解反应生成过硫酸根（s2o8^2-），其氧化还原电位为2.01v，能有效氧化部分污染物，但是限于其氧化能力相对较弱，因此，反应体系内的罗丹明b降解率不高。

单独投加fe3o4时，体系内罗丹明b降解率仅22.7%。这主要是因为fe3o4晶体颗粒较大，呈团簇状，对染料有一定的吸附能力，但是随着反应时间的推移，污染物附着在fe3o4表面，其表面活性降低，因此吸附能力有限。

单独的fe3o4和pds对染料废水的处理效果不佳，但是fe3o4/pds体系内，罗丹明b降解率达到了93.2%，与单独的pds和fe3o4相比，分别上升了67.6%、70.5%。此时体系内除了fe3o4的吸附作用以及pds水解生成s2o8^2-发生的氧化反应之外，so4^-·的生成起到了关键性作用。fe3o4颗粒表面的fe²⁺与pds反应生成了so4^-·，其氧化还原电位较高（2.5-3.1v），能有效氧化染料废水。

实施例二

实验条件：pds投加量为3g/l、反应温度为25℃、fe3o4投加量为1.0g/l、溶液初始ph分别为3、7、9。主要考察了酸性、中性和碱性条件下，体系对罗丹明b染料废水的处理效果。由图2可知，酸性条件下罗丹明b降解率最佳，降解率达到93.2%，中性条件下处理效果次之，去除率为81.8%；碱性条件的处理效果最差，降解率为70.4%。

实施例三

实验条件：溶液初始ph为3、pds投加量为3g/l、反应温度为25℃、fe3o4投加量分别为0.5、1.0、1.5g/l。由图3可知，当fe3o4投加量为0.5g/l时，罗丹明b降解率为85.2%，当投加量增大到1.0g/l时，去除率为93.2%，投加量的增大有利于提高体系对罗丹明b降解率。这是因为fe3o4的投加量增大，有利于提高其表面fe²⁺与过硫酸盐接触的几率，促进so4^-·生成。但是fe3o4投加量进一步增大至1.5g/l时，去除率无显著增大。

实施例四

实验条件：溶液初始ph=3、反应温度为25℃、fe3o4投加量为1.0g/l、pds投加量分别为2、3、4g/l。由图4可知，对应的降解率分别为80.5%、93.2%、89.8%，降解率随着投加量的增加先增大后减小。

实施例五

实验条件：溶液初始ph为3、fe3o4投加量为1.0g/l、pds投加量为3g/l、反应温度分别为25℃、40℃、60℃。图5是不同反应温度下罗丹明b降解率。由图可知，对应的罗丹明b降解率分别为93.2%、95.9%、98.7%，随着反应温度的升高，污染物去除率不断提高。

实施例六

活化材料的重复使用性是其经济性的重要考核指标之一，由于fe3o4具有磁性，可以通过磁铁将反应后的fe3o4进行回收利用，经过洗涤、干燥后可以重新使用。实验条件：溶液初始ph为3、pds投加量为3g/l、反应温度为25℃、fe3o4投加量为1.0g/l。图6为fe3o4循环使用性对比。由图6可以看出，随着fe3o4使用次数的不断增加，降解效率略有所降低。这主要是因为，fe3o4固体表面的fe²⁺与pds反应后，在其表面形成了三价铁氧化膜，降低其表面活性，使得固体表面的fe²⁺无法与pds反应。虽然随着使用次数的增多，罗丹明b降解率略有降低，但是下降幅度较低，依旧能使得体系对罗丹明b降解率保持在90%左右。