均相Co(II)/过一硫酸氢盐体系中染料罗丹明B的降解

摘 要：研究采用均相Co（II）/PMS（过一硫酸氢盐）系统从水溶液中催化氧化去除生物难降解有机物罗丹明B（RhB）；考察了催化剂投加量、氧化剂投加量、反应物初始浓度、温度等因素对降解RhB的影响。

关键词：钴离子；PMS；罗丹明B；高级氧化法

罗丹明B（RhB）是一种在工业上应用非常广泛的有机染料，呈酸性，如果处理不好，对环境的破坏力极强。因此对含有罗丹明B废水的降解处理十分重要。目前对RhB的主要去除方法有吸附法、光催化氧化法、Fenton法、超声降解法、臭氧氧化法、电化学氧化法等[1-4]。

文章主要研究的是采用均相Co（II）/PMS系统从水溶液中催化氧化去除生物难降解有机物罗丹明B（RhB），考察了催化剂投加量、氧化剂投加量、反应物初始浓度、温度等因素对降解RhB的影响。

1 试验

文章主要研究了三个影响因素：CO2+投加浓度，PMS投加量（PMS与RhB的摩尔比），RhB的初始浓度。每个因素都有四个水平（表1）。正交实验是分析这三个影响因素的影响程度和选择实验运行的一个最佳条件，总共有16组混合实验。

钴的标准贮备溶液制备过程：称取1.0000g金属钴（w>99.9%），将其置于250ml烧杯中，加30ml硝酸溶液，加热溶液，冷却后移入1000ml容量瓶中，用纯水定容。

表1 正交实验因素与水平表

2 结果与讨论

2.1 催化剂CO2+投加浓度的影响

图1为催化剂CO2+投加浓度对RhB降解效果的影响。从图1中可以看出，当不加催化剂钴离子时，RhB的去除率只有47%，当加入催化剂后，RhB的去除率可达到81%以上，因此钴离子投加浓度为300μg/L是实验的最佳选择。

2.2 催化剂中不同阴离子的影响

图2为随催化剂CO2+一起带入溶液中的不同阴离子对RhB降解效果的影响，从图中可以看出，SO42-、Cl-、NO3-这三种阴离子带入溶液中，RhB的降解效率和降解速率几乎是一样的。Y.R.Wang等人研究了SO42-、Cl-、NO3-这三种阴离子对Fe（Ⅱ）-Oxone-RhB体系的影响，结果表明，SO42-对Fe（Ⅱ）-Oxone-RhB体系有明显的抑制作用，NO3-无影响，Cl-起到促进作用。

2.3 氧化剂过一硫酸氢盐（PMS）投加量的影响

图3为氧化剂投加量对RhB降解的影响。适当地提高PMS投加量，有利于RhB的降解与矿化的进行。但PMS的投加量不可过大，过多的HSO5-会与生成的SO4-反应产生SO5-，使氧化速率受到不利影响，而且PMS的投加量过大会造成体系中硫酸盐含量超标，造成新的水质污染问题。

2.4 反应物初始浓度的影响

图4为反应物初始浓度对RhB降解效率和降解速率的影响。从图中可以看出，随着反应物浓度的增加，RhB的降解效率和降解速率均是减小的。RhB是酸性染料，浓度越高，pH越小，因此反应物浓度越低，pH越大，RhB的降解效率和降解速率越高。当RhB的初始浓度为30mg/L以上时，RhB的降解效率和降解速率的变化趋于平缓，这可能是因为此时溶液的pH随反应物浓度的增加变化较小，同时因为反应物浓度的增大之后，溶液中RhB分子的密度增加，从而使RhB分子与自由基的碰撞几率增加，减小了自由基的清除速率，有利于提高RhB的氧化速度。

图4 在CO2+作用下不同反应物浓度对RhB降解率的影响。条件：PMS/RhB摩尔比=20：1，[CO2+]0=300μg/L。

2.5 反应温度的影响

图5为在CO2+/PMS作用下反应温度对RhB降解的影响，反应温度范围为15-36℃。从图中可以看出，温度越高，RhB的降解速率明显加快，这可能是由于温度越高，加快了分子的运动，并且RhB分子在高温下能更容易克服活化能，从而提高了RhB的氧化速度。

3 结束语

（1）通过对正交实验结果的分析，得出PMS投加量对罗丹明B的降解效率影响最大，CO2+投加浓度的影响次之，RhB初始浓度的影响最小，确定PMS投加量为60：1、CO2+投加浓度为400μg/L、RhB初始浓度为10mg/L为CO（II）/PMS-RhB体系运行的最佳条件。（2）RhB的降解效果：随着CO2+投加浓度的增加、PMS与RhB的摩尔比的增加而更佳；随着反应物浓度的增加没有明显变化，但是降解速率随着反应物浓度的增加而减慢；随着反应温度的增加而没有明显变化，但降解速率随着反应温度的增加而增加。

参考文献

[1]铝拉希德.对罗丹明B在C-20离子交换树脂上的吸附行为的动力学和热力学研究[J].沙特化学学会杂志，2012（16）：209-215.

[2]程苏纳，等.通过与电子接受剂在微波辐照下的Bi2WO6光催化降解罗丹明B的研究[J].危险材料杂志，2009（162）：1477-1486.

[3]维克多，等.在Pb3Nb4O13对罗丹明B的光催化降解机理的pH控制[J].环境化学，2011（C115）：8014-8023.

[4]梅芳侯，等.降解罗丹明B的Fe基和过氧化Fenton过程[J].化学杂志，2011（83）：1279-1283.

作者简介：程健（1985-），女，研究方向：水污染控制。