甲基橙模拟废水吸附降解方法

北极星环保网讯:印染废水成分复杂、水质变化大、可生化性差、色度高，属于典型的难降解有机工业废水。偶氮染料是染料中品种及数量最多的一类，是染料废水的主要污染物之一。目前常用的偶氮染料废水处理方法主要有物理法、化学法、生物法等。物理法对污染物降解不彻底，化学法应用成本较高，生物法对污染物的降解速率缓慢、反应周期长。

纳米零价铁具有尺度小、表面效应大、吸附能力强、能快速降解环境中的多种污染物等特点而被用于地表水和地下水修复领域。但纳米零价铁自身的磁性引力易引起团聚，与污染物的有效接触面积减小，降解率下降且不易回收，因此近几年对纳米零价铁的修饰主要集中在将其负载于固体载体如硅、活性炭、树脂等，以增大纳米铁颗粒的比表面积，抑制团聚发生，增强纳米零价铁颗粒在环境介质中的迁移能力[6]。杭锦土富含稀土元素和稀有元素，是以斜绿泥石、坡缕石、伊利石、方解石等为主要矿物结合的一种混合黏土。该矿床位于内蒙古杭锦旗境内，储量大、易开采且成本低廉。因其具有较强的吸附性和离子交换性，在环保领域具有一定的应用前景。

笔者采用液相还原法，以廉价的杭锦土为载体制备了负载型纳米零价铁，并对其进行表征，以偶氮染料甲基橙为研究对象，考察相关影响因素对甲基橙降解率的影响。发现负载型纳米零价铁对甲基橙染料的降解效果显著，因此杭锦土负载纳米零价铁去除甲基橙是一种可行且有效的方法。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：甲基橙、FeCl3˙6H2O、硼氢化钠，国药集团化学试剂有限公司;无水乙醇，北京化工厂;去离子水、氮气、HCl、NaOH，以上均为分析纯。天然杭锦土，产自内蒙古杭锦旗地区。

仪器：UV-4802型紫外-可见分光光度计，pHS-3型精密pH计，ZR4-6型六联混凝试验搅拌机，HJ-1型磁力搅拌器，DHG-9030A鼓风干燥箱;DZF-6050B型真空干燥箱;S4800冷场发射扫描电子显微镜;D8  advance X射线粉末衍射仪。

1.2 杭锦土负载纳米零价铁的制备

将磨碎的天然杭锦土在60 ℃鼓风干燥箱内烘干12 h，过0.074 mm(200目)筛后置于真空干燥器中备用。取2.0  g预处理的杭锦土置于三口烧瓶中，称取9.66 g FeCl3˙6H2O溶于50 mL乙醇溶液(40 mL无水乙醇、10  mL水)中，充分溶解后转移至三口烧瓶中，在氮气氛围下磁力搅拌15 min。另称取3.54 g NaBH4溶于100  mL水中后转移至梨形分液漏斗中，在持续通入氮气条件下以每秒2~3滴的速度逐滴加入三口烧瓶混合液中，整个反应过程中三口烧瓶中的溶液颜色由黄色变为灰色后生成黑色凝胶物质，表明生成了零价铁。滴加完成后继续在氮气氛围下搅拌20  min以保证体系中的Fe3+被充分还原。反应完成后，用无水乙醇将生成产物转移至砂芯漏斗快速抽滤，抽滤过程中用无水乙醇洗涤3次以去除残余的硼氢化钠和氯化钠等杂质，回收滤渣并将湿产品置于真空干燥箱于75  ℃隔夜(10~12 h)干燥即可得到负载型纳米零价铁材料。反应式[7]为：

1.3 甲基橙脱色实验

取200 mL新配制的50 mg/L甲基橙标准使用液置于500  mL烧杯中，取一定量新制备的负载型纳米零价铁置于上述甲基橙模拟废水中，搅拌溶液并开始计时，在设定的时间点用塑料注射器取样，每次取样5 mL并迅速过0.45  μm滤膜，置于10 mL聚四氟乙烯小管中，于464 nm处测定吸光度，计算脱色率。所有实验均至少做2个平行样。

1.4 分析测试方法

采用扫描电子显微镜对杭锦土、纳米零价铁、杭锦土负载纳米零价铁进行形貌特征分析，采用X射线衍射光谱仪对杭锦土、杭锦土负载纳米零价铁进行XRD表征。

2 结果与讨论

2.1 扫描电镜分析

杭锦土、纳米零价铁、杭锦土负载型纳米零价铁的扫描电镜照片见图1。

图1 3种材料的扫描电镜照片