王 莹，侯党社，韩莉萍，蒋 绪，马红竹

（1 咸阳职业技术学院能源化工研究所，陕西咸阳 712000； 2 陕西师范大学化学与材料科学学院，陕西西安 710062）

WANG Ying1，HOU Dang-she1，HAN Li-ping1，JIANG Xu1，MA Hong-zhu2

（1 Research of Institute of Energy Chemical Industry，Xianyang Vocational Technical College，Xianyang 712000，Shaanxi，China；2 Shool of Chemistry& Materials Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，Shaanxi，China)

印染废水是我国各大水域的重要污染源。染料是印染废水中的主要污染物，这些染料容易在环境中滞留积累，并对正常的生态平衡与人类健康造成严重危害,因此研究新型的脱色材料也成为人们解决染料废水污染问题的有效途径之一。

目前在对染料废水脱色材料研究中，活性炭以极高的比表面积使其具有优良的物理吸附性能，但价格昂贵，生产工艺复杂，在很大程度上使其应用受到了限制。因此，研究出性能优良、价格低廉、生产方便的替代产品成为国内外众多学者研究的方向，而其中以粘土类矿物诸如膨润土、坡缕石、海泡石等为原料制造印染废水脱色材料得到了广泛的研究[1-4]。

本文以膨润土为载体，负载金属离子，制备了负载型改性膨润土脱色材料，采用电化学降解的方法处理活性染料废水，此方法操作简单，脱色效果较好，染料废水的脱色率达到98%。

1 实验部分

1.1 实验原料

氢氧化钠，浓硫酸，氯化铁，硫酸铜，氯化钴,以上药品均为分析纯，活性染料KE-3B,钠基膨润土等。

1.2 实验仪器

85-2 恒温磁力搅拌器；721 型分光光度计；WYK-302B2 直流稳压电源(扬州爱克赛电子有限公司)；DZF-6050 型真空干燥箱(上海精密实验设备有限公司)。

1.3 实验装置

实验装置如图1 所示，电化学催化过程在温度为25 ℃，容量为500 mL 的电解池中进行，电极使用面积为19.2 cm2(3.2 cm×6 cm)的石墨电极，两平行电极被垂直固定在电解池中。

图1 实验装置图 Fig 1 Experimental setup

1.4 实验步骤

1.4.1 催化剂的制备

将钠基膨润土与一定量盐溶液混合后，在80 ℃恒温搅拌2 h，抽滤，将固体晾干。然后将所得固体在60 ℃下真空干燥箱中烘干，再于马弗炉中400 ℃下焙烧3 h。即制得改性膨润土催化剂。

1.4.2 染料废水降解过程

将染料废水250 mL 注入电解池中，调节溶液pH 值，加入适量的催化剂，调节磁力搅拌器转速为200 r/min，电压15V，温度25 ℃，电解一定时间后停止反应，并测定脱色率(%)=(反应前后最大吸收波长处的吸光度差／反应前最大吸收波长处的吸光度)×100%。

2 结果与讨论

2.1 初始pH 值对脱色效果的影响

图2 是电压为10 V，体系温度为25 ℃，活性红废水浓度为200mg／L，催化剂为18g／L 时，负载铁离子的改性膨润土为催化剂，活性红废水初始pH 值对脱色效果的影响图。由图可见，初始溶液pH 值的变化显著地影响着染料废水的脱色效果。

由图2 可见，活性红废水初始pH 值在3～5 时，染料废水脱色效果较好，废水的脱色率达95%以上，其中pH 值为4 时，脱色率可达98%。当pH值大于5 时染料废水的脱色率突然下降。这是可能是由于溶液的pH 影响着电芬顿反应的速率，影响着生成·OH(羟基自由基)的数量。在非均相芬顿催化剂生成的·OH 具有很强的氧化能力(·OH 氧化电位高达+2.8V)，当pH 值升高时，抑制了·OH 的生成，而且使溶液中的Fe2+转化为氢氧化物沉淀，从而失去了催化能力，所以染料废水的pH 值升高不利于印染废水的脱色。同时在pH 值较高的情况下，溶液中的H202 易于分解，也会导致脱色率降低。而pH 值在3～5 时，羟基自由基在酸性条件下氧化活性较高，更易氧化反应中的有机物[5-6]，同时pH 值在3～5 时有利于Fe2+和Fe3+之间的相互转化（Fe2++H202—Fe3++OH），因此脱色率最高。而当初始pH 值低于3 时，溶液中的H+浓度过高，Fe3+不能顺利地被还原为Fe2+，催化反应受阻，即pH 值的变化直接影响到Fe3+和Fe2+的络合平衡体系，从而影响·OH 的生成[7]。因此，初始pH 值为4 时，活性红废水的脱色效果最佳。

图2 初始pH 对脱色效果的影响 Fig 2 Effect of pH on the decolorization rate

2.2 催化剂加入量对脱色效果的影响

图3 是电压为10 V，pH 值为4，体系温度为25 ℃，活性红废水浓度为200mg／L，负载铁离子的改性膨润土为催化剂，催化剂加入量对脱色效果的影响图。由图可见，催化剂加入量对脱色效果有着显著的影响。

图3 催化剂加入量对脱色效果的影响 Fig 3 Effect of dosage on the decolorization rate

由图3 可见，当催化剂加入量为2g/L 时，活性红废水的脱色率为58%，随着催化剂的不断加入，脱色率逐渐增大。催化剂加入量为15g/L 时，脱色率为96%，增长逐渐缓慢。催化剂加入量为18g/L、20 g/L 时，脱色率基本不变，都在98%左右，再增加催化剂，脱色率反而有所减小。这可能是由于在一定范围内随着催化剂的增加，·OH 不断增多，活性红逐渐被降解。而当催化剂加入量大于20g/L 时，可能是溶液中的Fe2+消耗了部分·OH，而导致脱色率降低。因此催化剂的加入量最佳值为18g／L。

2.3 反应时间对脱色效果的影响

图4 是电压为10 V，pH 值为4，体系温度为25 ℃，活性红废水浓度为200mg/L，负载铁离子的改性膨润土为催化剂，催化剂加入量为18g/L 时，反应时间对脱色效果的影响图。由图可见，反应时间对脱色效果有一定的影响。

图4 反应时间对脱色效果的影响 Fig 4 Effect of time on the decolorization rate

由图4 可见，前2 min 内，染料废水的脱色率变化幅度比较小，可能是前期吸附起主导作用，而随着脱色时间的进行，电芬顿反应起到主导作用，染料的脱色率都开始迅速升高，10 min 左右可达到98%的脱色率，说明电芬顿反应对还原性染料的脱色效果比较明显。

2.4 不同非均相催化剂对脱色效果的影响

图5 不同金属改性催化剂对脱色效果的影响 Fig 5 Effect of catalyst on the decolorization rate

图5 是电压为10 V，pH 值为4，体系温度为25 ℃时，负载铁离子的改性膨润土为催化剂，负载铜离子的改性膨润土为催化剂，负载钴离子的改性膨润土为催化剂，三种催化剂在pH 值为4 时的脱色效果图。

由图5 可见，在脱色过程中，负载铁离子的改性膨润土催化剂的脱色效果最明显，脱色率约98%。而钴改性和铜改性催化剂反应20min 后脱色率约为89%和87%。可见，铁改性催化剂其催化性能优于其它两种催化剂。

3 结论

将负载铁离子的改性膨润土催化剂应用到电芬顿法处理活性红染料废水中，其脱色效果最佳。通过不同条件下对脱色效果的对比，表明初始pH值、催化剂的加入量、反应时间对脱色效果的影响较大，当pH 值为4、催化剂加入量为18g/L、反应10 min 后时，铁改性催化剂使活性红染料废水脱色率达到98%。

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