Decolorization of Dye Wastewater in Fenton Process with Fly Ash Activated by Acid.docx

Decolorization of Dye Wastewater in Fenton-like Process with Fly Ash Activated by Acid DONG Jing, WU Dayang, LIU Yiping, ZHANG Cheng, HUANG Jianhua, LU Ming* College of Textile and Garment, Southwest University, Chongqing, China*Keywords: fly ash, acid activation, dye wasterwater, Fenton-like processAbstract. Fly ash was selected as raw material and dye wastewater as model in this report to study the acid activation of fly ash and the performance of decolorizing dye wastewater in Fenton-like process which consists of activated fly ash and H2O2. Results showed that activated fly ash can promote Fenton-like decolorization process. Optimum conditions of acid activation were that the concentration of sulfuric acid was 20%, temperature was 60. Decolorization rate of dye wastewater was good under the condition (amount of H2O2=1mlL-1, reaction time=20min, pH=3.0).酸活化粉煤灰及類芬頓催化脫色染料廢水董靜, 吳大洋, 劉一萍, 張成, 黃建驊, 盧明* 西南大學紡織服裝學院，重慶，中國*關鍵詞: 粉煤灰, 酸活化, 染料廢水, 類芬頓處理中文摘要. 本文利用粉煤灰作為原料，以染料廢水為目標污染物，研究了粉煤灰的酸活化改性及其類芬頓催化脫色染料廢水的性能。實驗結果表明：酸活化后粉煤灰（AFA）有利于類芬頓催化脫色反應。最佳酸活性條件為：20%硫酸、60；最佳催化脫色反應條件為：雙氧水（30%）1mlL-1、反應時間20min、廢水pH值為3.0。1引言粉煤灰是燃煤電廠排放的主要固體副產品，由多種不同結構和形態(tài)的微粒組成，主要是玻璃球體，主要成分是SiO2，A12O3，CaO，F(xiàn)e2O3等1。目前，我國粉煤灰的總堆存量己超過10億噸，但是粉煤灰的利用率卻僅為50%左右，而且大部分用于建筑工程和建材制品方面，其利用價值沒有得到充分的體現(xiàn)。隨著資源的日益短缺，含有豐富金屬氧化物的粉煤灰逐漸被重視起來。染料在生產、使用和降解過程中會產生大量的染料廢水。染料成分復雜，通常難以經自然降解的方式去除，會嚴重污染環(huán)境，也在一定程度上威脅著人類的身體健康。染料廢水具有成分復雜、難降解、有機污染物含量高（高達50000mgmL-1)、色度高、化學需氧量（COD）高、生化需氧量（BOD）高、堿性大、毒性大、水量大、水質變化大等特點2。當前有多種物理化學方法和生物方法可用于染料廢水的降解處理，但受廢水處理效率和處理成本的限制，國內外常用于工業(yè)染料廢水處理的方法主要有：生物處理法3、絮凝法4、電化學法5、化學氧化法6等方法。近年來，研究表明粉煤灰具有一定的催化性能7,8。本研究采用酸活化粉煤灰催化H2O2，對活性艷紅X-3B模擬染料廢水進行脫色研究，考查其催化脫色效果，找出一條能夠在染色廢水處理領域，可行性強，見效快的合理利用粉煤灰的途徑。2實驗材料與方法2.1 實驗儀器與藥品實驗儀器：可見分光光度計（MODEL-723PC），酸度計（PHS-3C），電子分析天平（FA2004A），電熱恒溫鼓風干燥箱，恒溫磁力攪拌器，恒溫振蕩器（SHA-B）。實驗藥品：活性艷紅X-3B（泰豐泰興化工有限責任公司），粉煤灰，硫酸，氫氧化鈉，過氧化氫（30%）。實驗所用染料廢水是活性艷紅X-3B配制而成，濃度為0.2 g/L。2.2 實驗方法2.2.1 酸活化粉煤灰催化劑（AFA）的制備（1）粉煤灰的預處理取粉煤灰若干，過100目篩，取篩下部分，放至烘箱中烘干至恒重，放入干燥皿備用。（2）粉煤灰的酸活化取一定量粉煤灰，與一定濃度的硫酸溶液以20gL-1的比例混合，以200rpm的攪拌速度攪拌2h后，離心、過濾，并放入105干燥箱中烘干至恒重，放入干燥皿備用。為了確定最佳的粉煤灰酸活化條件，分別研究了硫酸濃度，活化溫度對脫色率的影響。催化脫色反應的條件是T=50，pH=3.0，CH2O2=5mlL-1，CAFA=2gL-1，反應時間t=30min。2.2.2 催化脫色反應影響因素實驗本研究中，類芬頓催化脫色反應的影響因素主要有：H2O2投加量，反應時間，pH值。2.2.3 脫色測試方法本研究采用分光光度計測定水樣的吸光度（Abs），通過公式計算出脫色率。=A0-A1A0100%式中，A0為脫色反應前染料廢液的吸光度，A1為脫色反應后染料廢液的吸光度。3 結果與討論3.1 粉煤灰酸活化條件對脫色率的影響圖1,2分別是不同濃度硫酸活化粉煤灰、活化溫度對活性艷紅X-3B模擬染料廢水脫色率的影響。圖1 不同濃度硫酸活化粉煤灰對模擬染料廢水脫色率的影響Fig.1 The effect of the concentration of sulfuric acid on the decolorization rate of dye wastewater由圖1可以看出，隨著硫酸濃度的增大，活性艷紅X-3B溶液的脫色率增大，當硫酸濃度超過40%時，脫色率變化趨于緩和；當硫酸濃度大于80%時，脫色率趨于變小，特別是98%濃硫酸活化粉煤灰的催化脫色率降到40%。因此，硫酸濃度應選擇在20%。圖2 不同活化溫度對模擬染料廢水脫色率的影響Fig.2 The effect of fly ash activated temperature on the decolorization rate of dye wastewater隨粉煤灰活化溫度的升高，廢水脫色率提高，在60時得脫色效果最好，脫色率達到96.84%，活化溫度繼續(xù)升高時，脫色率略有下降。提高活化溫度，硫酸活化作用增大，脫色率升高，但溫度較高，鐵離子大量溶出使粉煤灰催化作用降低，從而脫色率有所降低。改性粉煤灰的最佳溫度是60，但在常溫（20）下，脫色率也能達到90%以上。考慮到活化過程的能耗，活化溫度選擇在常溫（20）。3.2 雙氧水用量對脫色率的影響類芬頓催化脫色染料廢水處理體系采用濃度為30%的過氧化氫為氧化劑。表1是雙氧水用量對染料廢水脫色率的影響。表1 不同雙氧水用量對模擬染料廢水脫色率的影響Tab.1 The effect of input amount of H2O2(30%) on the decolorization rate of dyeing wastewaterH2O2用量（mlL-1)00.0010.010.1151020脫色率（%）12.549.4135.5188.4495.719495.6191.58由表1可知，當雙氧水用量達到1mlL-1時，脫色率就可以達到95.71%，隨著雙氧水用量的增加，模擬染料廢水的脫色率不再有較大變化。3.3 催化脫色反應時間對脫色率的影響由圖3可知，隨著類芬頓催化脫色反應時間的增加，脫色率提高。當反應時間達到20min時，脫色率已經達到96.55%，繼續(xù)延長反應時間，脫色率基本保持不變。圖3 酸活化粉煤灰催化脫色反應時間對模擬染料廢水脫色率的影響Fig.3 The effect of decolorization time on the decolorization rate of dye wastewater實驗結果表明，酸活化粉煤灰催化的類芬頓反應有較強的反應活性，反應效率較高。脫色反應時間確定為20min。3.4 pH值對脫色率的影響圖4 模擬染料廢水pH值對脫色率的影響Figure 4 The effect of pH on the decolorization rate of dye wastewater由圖4可以看出，隨著pH值的增加，脫色率先逐漸增大，當pH值為3時，脫色率達到最大值為94.57%，隨后繼續(xù)增大pH值，脫色率降低。實驗結果與芬頓反應最佳pH值一致，說明酸活化粉煤灰是通過表面鐵離子催化雙氧水氧化降解染料，從而對染料廢水實現(xiàn)脫色。4 結論酸活化后粉煤灰（AFA）有利于類芬頓催化脫色反應。最佳酸活性條件為：20%硫酸、60；最佳催化脫色反應條件為：雙氧水（30%）1mlL-1、反應時間20min、廢水pH值為3.0。酸活化粉煤灰的催化反應機理類似于同相芬頓反應機理。致謝本文為西南大學“國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”項目微波-芬頓催化劑高效降解染料廢水的研究的階段性成果之一。References1WANG W., HAN L.: Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry (2007), P. 382-388.2CORREIA V. M., STEPHENSON T., JUDD S. J.: Environmental Technology Vol. 15 (1994), P. 917-929.3BANAT I. M., NIGAM P., SINGH D.: Bioresource Technology Vol. 58 (1996), P. 217-227.4Huo Y.,Xue L.,Yuan H., et al.: Industrial Water Treatment (2006), P. 33-35.5LIN S. H., PENG C. F.: Water Research Vol. 28 (1994), P. 277-282.6AZBAR N.