雷彩虹，赵素萍，杨 英

（杭州科技职业技术学院， 浙江 杭州 311402）

不同紫外光条件下UV/Fenton降解活性艳蓝X-BR

雷彩虹，赵素萍，杨 英

（杭州科技职业技术学院， 浙江 杭州 311402）

研究了波长、功率、紫外灯数量和辐照时间对UV/Fenton降解活性艳蓝X-BR的影响。结果表明：UVB对活性艳蓝X-RB的降解效果最好，染料在60 min内完全降解。随着紫外光功率的增大，染料降解效率提高。在相同的功率条件下，采用多只小功率紫外灯组合的方式能够提高处理效果。采用暗态Fenton反应30 min后再开启紫外灯，不仅能完全降解染料，还能够降低运行费用。

Fenton氧化；紫外光源；活性艳蓝X-RB

Fenton氧化法作为一种高级氧化技术在有机污染治理领域得到了广泛的应用［1-3］。为了进一步提高Fenton法的氧化效率，通常采用紫外光或可见光与Fenton相耦合，形成光助Fenton 技术。由于紫外光与Fe2+的协同效应提高了H2O2的分解速率，不仅能大大提升处理效率，还可以减少 Fe2+用量，因此具有更广泛的应用前景［4，5］。

目前，已对水中多种难降解有机物的光助Fenton降解机理和动力学进行了大量研究。此外，包括Fenton试剂投加量、投配比、反应时间等多种影响光助Fenton体系处理效果的因素也被充分地调查［6-8］。然而，紫外光源作为光助Fenton体系中的重要组成部分，其作用条件对光助Fenton反应降解效率的影响却鲜有报道。

本文以常见染料活性艳蓝X-RB为对象，考察了紫外光条件对紫外光助Fenton体系（UV/Fenton）降解效果的影响。主要研究了不同紫外光波长、紫外灯功率及数量、辐照时间条件下染料的降解规律。对于深入了解紫外光在UV/Fenton体系中的作用具有一定的意义，并对UV/Fenton处理工艺的优化及反应器的设计提供了有价值的依据。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

活性艳蓝X-RB（市售商业级）为蒽醌类染料，最大吸收波长598 nm，用去离子水配成1 000 mg/L的储备液以备用。实验中其它试剂均为分析纯。紫外光源为特制的UVC、UVB和UVA紫外灯（武汉爱斯佩科学仪器有限公司），主波长分别为254、302和365 nm，功率15 W。XR-1000紫外线强度计（美国Spectroline），PHB-5便携式pH计（上海伟业仪器厂），CARY 50Probe型紫外-可见分光光度计（Varian，美国）。

1.2 实验方法

反应器为自制的圆柱形有机玻璃反应器（内径80 mm，高220 mm），有效容积1 L，外部带有水浴冷凝套夹。整个反应器置于一个恒温磁力搅拌器上，紫外灯悬置于反应器中轴线，反应器内壁附有一层锡箔纸以提高紫外光的利用效率。实验步骤：向反应器中加入600 mL初始浓度为50 mg/L的活性艳蓝X-RB溶液，调节溶液pH=3，投加双氧水0.02 mol/L及硫酸亚铁0.005 mol/L，同时磁力搅拌3 min后，启动紫外灯开始反应。分别在10、30、60、90、120和240 min时取上清液，测定反应前后染料的浓度及降解率。探讨不同波长、不同功率紫外光和紫外灯个数、作用时间对活性艳蓝X-RB降解效果的影响。

1.3 活性艳蓝X-RB降解率的测定

活性艳蓝X-RB的浓度采用分光光度法测定，在最大吸收波长处测定吸光度，根据之前绘制的标准曲线计算浓度，活性艳蓝X-RB的降解率根据下式计算：

式中：C0— 反应前活性艳蓝X-RB的浓度，mg/L；

Ct— 反应t时刻活性艳蓝X-RB的浓度，mg/L。

2 结果和讨论

2.1 紫外光波长的影响

不同波长紫外光（UVA、UVB、UVC）条件下，UV/Fenton体系对活性艳蓝X-RB的降解效果如图1所示。

图1 紫外光波长对降解率的影响Fig.1 Effect of UV wavelength on degradation

可以看出，单独的 Fenton体系对活性艳蓝X-RB的降解速率较低，反应240 min时降解率仅为86.1%。在UVA、UVB、UVC 3种紫外光源辐照下降解速率均大大提升，在120 min内基本能够完全降解。通常而言，UV/Fenton对有机物的氧化能力主要取决于体系中·OH的浓度，产生·OH的途径主要有以下三种［9］：1）H2O2的直接光解；2）传统Fenton反应中 Fe2+对 H2O2的催化分解；3）水溶液中多种铁羟基配合物，如Fe（H2O）63+、Fe（OH）2+、Fe（OH）2

+、Fe（OH）3、Fe2（OH）24+的光解，其中以Fe（OH）2+的光学活性最强。由此可见，紫外光的引入可以有效促进·OH的产生。此外Fe3+在光照条件下部分转化为Fe2+，实现了UV/Fenton体系中Fe3+/Fe2+的循环，大大增加了染料的降解效率［10］。3种波长的紫外光相比较而言，采用UVB时活性艳蓝X-RB的降解效果最好，在60 min内即可完全降解。一般认为H2O2只显著吸收波长为300 nm以下的紫外光，且紫外光波长越短则能量越高，更有利于光助Fenton反应的发生［11，12］。另一方面，紫外光波长越短其在水中的穿透能力也会大大减弱，从而导致降解效率降低。

2.2 紫外灯功率的影响

分别采用5、10、15 W三只UVB紫外灯作为光源，考察紫外灯功率对UV/Fenton体系降解活性艳蓝X-RB的影响，结果如图2所示。可以看出，使用15 W的紫外灯能够在60 min内完全降解活性艳蓝X-RB，而对于10 W和5 W的紫外灯，活性艳蓝X-RB完全降解的时间则分别需要120 min和240 min。这表明随着紫外灯功率增加，活性艳蓝X-RB的分解更加迅速。其原因是紫外灯功率增加，辐射的紫外光强增大，则单位时间内光通量增加，即光量子数增加，从而促进了UV/Fenton体系产生更多的强氧化性的·OH，进而提高活性艳蓝X-RB的降解速率。陈芳艳等［13］研究了光助Fenton氧化法降解水中六氯苯，得到相同的结论。此外，对于其它紫外光参与的高级氧化反应如：UV/H2O2［14］、UV-TiO2光催化［15］，有机物的去除率和去除速率都随光强的增大而增大。

图2 紫外等功率对降解率的影响Fig.2 Effect of UV lamp power on degradation

2.3 紫外灯数量的影响

在紫外灯输出总功率相同的条件下，研究了不同紫外灯数量时活性艳蓝X-RB的降解效果。图3对比了反应40 min时，1只10 W紫外灯和2只5 W紫外灯、1只15 W紫外灯和3只5 W紫外灯对降解率的影响。可以看出，虽然辐射的总功率相同，但是采用多只小功率紫外灯组合的方式能够进一步提高UV/Fenton体系的处理效果。这是由于紫外光入射强度低时，其能量利用率高，此外多个分散的光源使活性艳蓝 X-RB溶液接受紫外光的辐射更均匀。因此，在UV/Fenton反应器设计时，应当优先考虑采用多个小功率光源输入紫外线。

图3 紫外灯数量对降解率的影响Fig.3 Effect of UV lamps on degradation

2.4 紫外光辐照时间的影响

采用15 W的UVB紫外灯作为光源，在暗态Fenton反应的不同时刻开启紫外灯，研究紫外光辐照时间对活性艳蓝X-RB降解效果的影响，结果如图4所示。

图4 紫外光辐射时间对降解率的影响Fig.4 Effect of UV irradiation time on degradation

可以看出，对于暗态Fenton体系，虽然活性艳蓝 X-RB的降解率随着反应时间的延长而逐渐增加，但是在反应前90 min降解较快，之后降解率的增加则趋于平缓。Fenton氧化有机物的实质是依靠Fe2+催化 H2O2产生的·OH与有机物发生反应［16］，由于体系中H2O2含量随着反应的进行逐渐消耗，并且Fe2+不断转化为Fe3+，大大限制了·OH的产生，因此90 min后活性艳蓝X-RB的降解出现“中止”。然而，在反应过程中引入紫外光辐照后，活性艳蓝 X-RB的降解速率显著的提高，即使是在暗态Fenton“中止”后，反应仍然能够再次“启动”。无论在任何时刻开启紫外灯，活性艳蓝X-RB均能够在180 min内完全降解。这说明在反应过程中UV/Fenton体系同样能够通过Fe3+/Fe2+循环提高有机物的降解效率，并且利用 Fe（OH）2+光解实现长效的反应。此外，实验结果表明在暗态Fenton反应0 min 和30 min时开启紫外灯的降解效果差别不大，综合考虑处理效果和经济性，在实际运行过程中可先Fenton反应反应一段时间后再开启紫外灯。

3 结 论

研究了不同紫外光条件下UV/Fenton体系降解染料活性艳蓝X-RB的规律，探讨了波长、功率、紫外灯数量和辐照时间对活性艳蓝X-RB降解的影响。结果表明：UVB对活性艳蓝X-RB的降解效果最好，染料在60 min内完全降解。随着紫外光功率的增大，染料降解效率提高。在相同的功率条件下，采用多只小功率紫外灯组合的方式能够提高处理效果。在暗态Fenton反应0 min 和30 min时开启紫外灯的降解效果差别不大，综合考虑处理效果和经济性，在实际运行过程中可先Fenton反应反应一段时间后再开启紫外灯。

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Degradation of Reactive Brilliant Blue X-BR
by UV/Fenton Under Different UV Source Conditions

LEI Cai-hong，ZHAO Su-ping，YANG Ying
（Hangzhou Polytechnic，Hangzhou Zhejiang 311402，China）

Effect of wavelength， power， UV lamp number and irradiation time on degradation of reactive brilliant blue X-BR by UV/Fenton was investigated. The results show that the dye can be completely removed within 60 min using a UVB lamp. Degradation efficiency of the dye increases with an increase in UV lamp power. Under the condition of a constant UV power， degradation efficiency can be improved by using several lamps with low power. The UV lamp is turn on after 30 min of Fenton reaction in dark， which can achieve a complete degradation of dye and reduce the operation cost.

Fenton oxidation； Ultraviolet source； Reactive brilliant blue X-BR

X 791

A

1671-0460（2015）12-2766-03

浙江省教育厅科研项目资助，Y201534093。

2015-08-20

雷彩虹（1972-），女，陕西渭南人，副教授，硕士学位，1994年毕业于哈尔滨工业大学环境工程专业，研究方向为工业水处理。E-mail：lch@mail.hzaspt.edu.cn。