黃鐵礦活化過硫酸鹽降解羅丹明B

熊玲，國曉波，程聰，陳紹華

(中南民族大學 資源與環(huán)境學院，武漢 430074)

染料廣泛應用于紡織、食品、造紙、涂料、醫(yī)藥等領域[1]，染料生產(chǎn)和使用過程中排放的廢水已成為最主要的水體污染源之一.羅丹明B(RhB)是一種應用廣泛的染料，其毒性大，在環(huán)境中難降解、存在時間長，并且具有致癌、致畸和致突變[2]的性質，對人類健康和生態(tài)環(huán)境構成了嚴重的威脅[3].因此，急需研究高效、快速降解RhB的技術.

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4Fe2++O2+4H+→4Fe3++2H2O,

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本文利用天然礦物黃鐵礦活化PS降解RhB，考察了黃鐵礦用量、初始pH值、PS濃度以及水中常見陰離子對RhB降解效果的影響，并分析了在降解RhB過程中起主要作用的自由基.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

羅丹明B、過硫酸鈉(上海阿拉丁)；甲醇、硫酸、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉、硝酸鈉、硫酸亞鐵(國藥集團化學試劑)；所有試劑均分析純，實驗用水為超純水.黃鐵礦采自湖南某金屬礦山，使用前磨碎，過100目篩，備用.

X射線衍射儀(D8ADVANCE型，德國布魯克)；紫外分光光度計(UV-2600，日本島津)；分析天平(BSA124S-CW，德國賽多利斯)；恒溫振蕩器(THZ-C，蘇州培英)；酸度計(PHS-3C，上海雷磁).

1.2 實驗方法

分別取150 mL的濃度為20 mg·L-1的RhB溶液于250 mL的錐形瓶中，用0.05 mol·L-1H2SO4和NaOH調節(jié)溶液的pH后在錐形瓶中加入適量的黃鐵礦和PS.搖勻后放入轉速為200 r·min-1、溫度為28 ℃的恒溫搖床中，定時取樣10 mL，并迅速加入0.5 mL甲醇淬滅其反應，混勻后，過0.45 μm的微孔濾膜后在554 nm處測定RhB的吸光度，每組實驗同時做2個平行樣，結果取兩次平均值.

2 結果與討論

2.1 黃鐵礦成分及其性質

通過XRF測得黃鐵礦的化學成分為(質量分數(shù))：w(S)=52.97%，w(Fe)=45.94%，w(SiO2)=0.77%，w(Cr2O3)=0.07%，w(Al2O3)=0.08%，w(CaO)=0.09%，w(As2O3)=0.06%，w(K2O)=0.02%.X 射線衍射圖譜如圖1所示.由圖1知：在2θ=28.85°、33.26°、37.30°、40.99°、47.64°、56.47°、59.23°、61.88°、64.48°、76.79°和79.14°時出現(xiàn)衍射峰，分別對應于標準黃鐵礦的(111)、(200)、(210)、(211)、(220)、(311)、(222)、(230)、(321)、(331)和(420)晶面，這與標準XRD 數(shù)據(jù)相一致[10].

圖1 黃鐵礦的X 射線衍射圖譜Fig.1 XRD pattern of pyrite

2.2 不同反應體系對RhB的降解效果

不同反應體系對RhB的降解效果如圖2(a)所示.

圖2 不同反應體系對RhB的降解效果Fig.2 Degradation effect of different reaction systems on RhB(a) 不同反應體系下RhB的降解效果；(b) 黃鐵礦和Fe2+活化PS降解RhB效果對比

由圖2可知：單獨黃鐵礦作用下，180 min時，RhB去除率僅為6.99%，這歸因于黃鐵礦對RhB的吸附.單獨PS對RhB的降解能力有限，180 min時，RhB的去除率僅為18.83%，這主要是因為PS的氧化能力較低(E0=1.82 V).在黃鐵礦和PS二者共同作用下，RhB可以快速降解，60 min時去除率高達83.02%，180 min時即可完全去除，這說明黃鐵礦可以高效活化PS降解RhB.

2.3 黃鐵礦用量對RhB降解效果的影響

黃鐵礦用量對RhB降解效果的影響如圖3所示. 由圖3可知：隨著黃鐵礦用量的增加，RhB的去除率迅速增加.當黃鐵礦用量為0.1、0.3、0.5、0.7、1.0 g·L-1時，RhB的去除率分別為24.91%，57.91%、91.78%、93.68%、100%.這是因為黃鐵礦用量的增加會釋放更多的Fe2+，進而產(chǎn)生更多的自由基加速RhB的降解.

圖3 黃鐵礦用量對RhB降解效果的影響Fig.3 Effect of pyrite dosage on RhB degradation

2.4 初始pH值對RhB降解效果的影響

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圖4 初始pH值對RhB降解效果的影響和在反應過程中的pH值變化Fig.4 Effect of initial pH on RhB degradation and variation of pH during the treatment(a) 初始pH值對RhB降解效果的影響;(b)反應過程中pH的變化

2.5 PS濃度對RhB降解效果的影響

PS濃度對RhB降解效果的影響如圖5所示.由圖5可知：當PS濃度在0.1～0.5 mmol·L-1時，RhB去除率隨著RhB的增大而顯著增大.當PS濃度分別為0.1、0.3、0.4、0.5 mmol·L-1時，180 min時RhB的去除率分別為36.36%、40.86%、91.78%、100%.當PS濃度從0.5 mmol·L-1進一步增大至0.7 mmol·L-1時，RhB的去除率僅緩慢增加.因此，確定PS的最適濃度為0.5 mmol·L-1.

圖5 PS濃度對RhB降解效果的影響 Fig.5 Effect of PS concentration on RhB degradation

2.6 共存陰離子對RhB降解效果的影響

圖6 共存陰離子對RhB降解效果的影響Fig.6 Effect of coexisting anion on RhB degradation

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2.7 降解過程中的自由基和紫外可見吸收光譜

黃鐵礦活化PS降解RhB過程中的紫外可見吸收光譜如圖7(b)所示.RhB分子中存在CN和 CO鍵，在554 nm處有最大吸收波長[18].由圖7(b)知：隨著降解時間的延長，RhB的特征吸收峰逐漸降低，這說明RhB分子中的CN、CO 共軛結構被等自由基氧化破壞，在180 min時，554 nm處的吸光度為零，說明此時RhB分子中的共軛結構全部被破壞，由此推測在反應過程中RhB分子共軛結構逐漸被破壞并且有可能通過N位脫乙基形成其他小分子物質.

圖7 不同淬滅劑對RhB的降解效果的影響和RhB降解過程中的紫外可見吸收光譜Fig.7 Effect of scavengers on RhB degradation and UV-visabsorption spectra of RhB degradation(a) 不同淬滅劑對RhB的降解效果的影響;(b) RhB降解過程中的紫外可見吸收光譜

3 結語