摘要Hemin/H2O2催化体系作为一种绿色催化降解体系由于其催化效率高、 操作简单等显著优点近年来受到研究者们的广泛关注。本论文以罗丹明 B 为目标污染物，对 Hemin/H2O2催化体系的催化降解性能进行了研究。 确定了罗丹明 B 在 Hemin/H2O2体系中脱色的最佳条件，并通过响应面法对其进行实验优化。研究表明，罗丹明 B 的脱色率随着 Hemin 投加量和温度的增加而增加，而随着过氧化氢用量的增加脱色率先增加后降低，随着 pH值的增加脱色率先下降后上升，且会受到Cl-、SO32-的影响。通过响应面分析得到实验的最优化条件为： 碱性条件下Hemin为1mL、 pH为12、 H2O2为1.97mL时脱色率可达到97.19%；在酸性条件下Hemin 为 5mL、pH 为1、H2O2为 1.69mL 时脱色率可达到 84.56%，表现出了 Hemin/H2O2催化体系良好的催化性能。27384
毕业论文关键词 Hemin/H2O2 罗丹明 B 响应面法 催化降解
Title Study on Decolorization of Rhodamine B simulatedby Hemin / H2O2 systemAbstractHemin/H2O2 catalytic system as a green catalytic degradation system because of its highcatalytic efficiency, simple operation and other significant advantages caused widespreadconcern in recent years.In this paper,Rhodamine B as the target pollutants,the catalyticproperties of Hemin / H2O2 catalytic system were studied.The optimum conditions for Hemin/H2O2 system and use response surface method to optimal conditions.Studies shows that thedecolorization rate of Rhodamine B increased followed the increase of Hemin dosage andtemperature,and with the increaseing dosage of H2O2,the decolorization rate of Rhodamine Breduced after the first increase,and pH produced just the opposite effect of the dosage ofH2O2.And it also influenced by Cl-,SO32-.Use response surface analysis experiments to optimizeconditions:under alkaline conditions Hemin is 1mL,pH of 12,H2O2 is 1.97mL,the decolorizationrate reached 97.19 percent;Hemin under acidic conditions to 5mL,pH of 1,H2O2 is 1.69mL,thedecolorization rate reached 84.56 percent,showinggood catalytic performance of Hemin/H2O2system.Keywords Hemin/H2O2 Rhodamine B Response surface methodology Degradation
目 次
1 绪论 1
1.1 我国染料废水概况. 1
1.1.1 染料废水的来源及危害 1
1.1.2 染料废水的特点 2
1.2 染料废水处理技术. 2
1.2.1 吸附法 2
1.2.2 芬顿试剂法 2
1.2.3 光氧化法 3
1.2.4 臭氧氧化法 3
1.2.5 电化学法 3
1.3 罗丹明B 降解技术 3
1.4 Hemin 概述. 4
1.4.1 Hemin 简介. 4
1.4.2 Hemin 的应用 4
1.5 响应面法概述. 5
1.6 本课题研究的意义及主要研究内容. 5
2 实验部分 6
2.1 实验仪器及试剂 6
2.2 Hemin/H2O2体系降解罗丹明B 的性能研究. 6
3 实验结果分析 7
3.1 H2O2用量的影响 7
3.2 Hemin 投加量的影响. 7
3.3 pH 的影响. 8
3.4 温度的影响. 10
3.5 离子的影响. 11
4 响应面法优化 13
4.1 中性条件下实验优化. 13
4.1.1 模型分析 13
4.1.2 响应面法分析 16
4.1.2.1 H2O2用量、Hemin 投加量的影响 17
4.1.2.2 pH、Hemin 投加量的影响 17
4.1.2.3 pH、H2O2用量的影响. 18
4.1.3 验证试验 19
4.1.4 温度的影响 20
4.2 碱性条件下实验条件的优化. 21
4.3 酸性条件下实验条件的优化. 22
结论 25
致谢 27
参考文献 28
1 绪论我国的水资源极度短缺[1]，我国的人均水资源拥有量只有世界平均水平的 25%，在世界排名中排到了第 110 位。地球上人均水资源最匮乏的国家中就有我们的国家。我国除了人均水资源拥有额紧张外，水资源的时空分布[2]也很不均匀，水土资源的分布极度的不平衡，限制了工农业生产的发展，也对人们的日常生活造成了很大的影响。虽然我国的水资源短缺，但是水资源利用率[3]很低。有很多不符合可持续发展观的现象诸如水环境的污染、水资源的浪费和水资源开发使用不合理等。就重复利用率来说，我国的工业用水仅略多于二分之一，而发达国家的平均水平至少在四分之三以上。而吨水的价格过低，我国人民的节水意识十分薄弱，城市居民以及农村居民浪费用水的现象相当地普遍。而我国的水污染问题[4]也十分严重。随着经济的发展和工业的进步，污水的排放量也不断地增加，我国各大水系的主要水体都受到了不同程度的污染。而对地下水的开发不加节制。种种水污染对生态环境造成了严重的破坏，水污染造成的后果十分严重。因此，很多研究者致力于研究出有效的处理我国水环境污染的方法。1.1 我国染料废水概况随着科学技术的不断进步，印染行业也飞速发展，全球每年会产生大量的染料，仅 08 年一年的产量就达到了 7×105吨。就我国而言，每天排入水体的染料废水近 615 亿吨，占到了整个纺织工业产生废水总量的80%。而根据数据统计，有 1%~2%的染料在制造过程中被损失掉，而 1%~10%的染料没有利用完全就被浪费，印染工业产生的废水排放到环境中对环境产生了很大的影响。印染废水的色度大、成份复杂、臭度大、酸碱度变化大、有机物含量多、无机盐浓度高达 2%~15%，从生态环境的角度来看，印染废水会产生一些毒害微生物的中间体，并大大降低河水的透光性，减弱了水体植物和微生物的光合作用，造成溶解氧含量急剧下降，造成水体富营养化等严重的生态问题。因此，急需处理此类废水的有效方法。1.1.1 染料废水的来源及危害染料废水[5]是一种极难降解的工业废水。印染加工的过程中会排放出大量的废水。印染废水是印染过程中不同工序所排出污水的混合废水， 或者是不包含漂白废水以外的综合废水。印染废水不仅排放量大、污染严重，而且危害也很大。染料废水中含有生产过程中流失的各种助剂和活化剂，例如油脂状的有机中间体 N-乙基-N-氰乙基苯胺的苯磺酸酯，所以染料废水通常含有对生物毒害性大的物质。有机的毒性物质主要为取代苯类化合物、酚类化合物等。无机的毒性物质主要为重金属。1.1.2 染料废水的特点染料废水的特点有以下几点：（1）水质变化大，可生化性差；（2）色度大，有机物含量高，天然有机物质和合成有机物质构成废水中的主要污染物；（3）成分复杂，废水含有未反应完全的染料、颜色鲜艳，以及未反应完全的化学助剂，还包括反应产物和印染布料的碎屑，甚至还有毒性很强的有机物质和重金属等。虽然不同的染料废水所含的组分差异较大，但其共同特点是有机物含量较高，并且大多数含有芳烃和杂环化合物，而且通常带有有色基团[6]等有毒害却难降解的物质；（4）pH变化大，不同的工艺以及不同的染料着色所需的 pH条件各有不同，因此造成印染废水在酸碱度上的变化很大。一般来说，由于很多衣服织品的印染工艺都需要加入碱性物质，因此废水中的 pH值一般较高；（5）治理难度大，染料废水是一种极难降解的工业废水。由于技术、经济不够发达，目前大多数的印染污水处理方法只能勉强达到基本的排放要求。虽然污水颜色色度降低，但污染物质的分解程度并不彻底，分解的中间产物多样而复杂，对环境有着很大的危害。1.2 染料废水处理技术针对印染废水的化学性质稳定、难以降解的特性，很多国家的学者都致力于研究染料及印染废水的降解和处理。随着经济和科技的飞速发展，污水的净化方案也不断地发展完善，学者们也发现了很多降解印染废水十分有效地途径，包括吸附法、芬顿试剂法、光氧化法、臭氧氧化法、电化学法等。1.2.1 吸附法吸附法[6]是将多孔性物质材料与废水相接触，用化学、交换吸附及物理等方式，将受污染水中各种污染物吸附到其自身上，从而达到污染物从水体中去除的目的。一般吸附剂包括活性炭材料[7]、沸石[8]、离子交换树脂[9]、硅石[10]等等。梁霞、王学江[11]等人从活性炭的表面构造性质出发，将其表面物理构造的改性方法做了综述，同时也对将其表面的化学性质和电化学性质调整的方法进行了列举，指出了改进后的活性炭材料作为吸附法的吸附剂在处理废水中的有机污染物的广阔前景。1.2.2 芬顿试剂法芬顿[12]催化氧化法是高级氧化技术最常用方法之一。1884年，法国的科学家芬顿发现亚铁离子和过氧化氢的结合可以使苹果酸迅速氧化。随着进一步的研究证实，亚铁离子和过氧化氢的结合可以氧化很多不同的有机物质。之后很多学者采用芬顿法来处理含难降解有机物的废水，都得到了很好的处理效果。生物法很难处理难降解、毒性强、可生化性差的有机废水，而芬顿法的处理效果却极佳。芬顿法反应设备简单、转化率高、反应条件温和、应用范围较广，得到了广大研究者的广发关注。1.2.3 光氧化法光氧化法是一种新兴的有机物的处理方式。其基本原理即光产生的电磁波等能量激发反应分子成为激发态， 从而发生相应的反应。 使用光能激发氧化性物质如 H2O2、 O2等为激发态，从而使污水中的有机或无机污染物质发生氧化，降解为小分子的物质或对环境无害的物质。1.2.4 臭氧氧化法臭氧是一种强氧化性物质，它能使很多难氧化的有机物质发生氧化降解。臭氧分子所具有的强氧化性会使染料物质的有色基团的化学键发生断裂，并使环状有机化合物脱环，使得印染废水的色度降低，达到脱色的最终目的。臭氧氧化法对不同的印染废水具有选择性，一般来说较偏向于应用于亲水性物质的降解，效率很高。臭氧发生的电耗很高，使用该种方法的成本较高。高峰、秦冰[13]等人对于炼油产生的很难生物降解的废水使用臭氧氧化的方式进行降解，并探讨了反应进行的最佳条件以及反应机理的初步确定。由实验结果可知，反应条件优化后，进水化学需氧量为 160 毫克升经过臭氧氧化降解后，废水的化学需氧量减少了百分之四十，BOD5/COD 增加了 0.27，出水水质达到排放标准。1.2.5 电化学法电化学法可与混凝沉降法同时使用。利用两极阴阳离子的不同，实现污染物质的电子转移，即发生氧化。同时电极也会产生一定的吸附作用，是小颗粒的污染物质聚集絮凝成较大的团块状物质而沉降除去。电化学法处理印染废水效率非常高，脱色效果好，但同时电耗也很大，成本相对较高。孙伟华[14]等人使用微电池法对印染废水进行处理，探讨了影响微电池法降解效率的影响因素，优化了实验条件，并将微电池法处理印染废水与活性炭吸附法等方法进行了比较。实验表明，使用微电池法处理废水后，废水中的化学需氧量净化效率高达 99.84%，酸碱度接近于中性，有很大的实用价值。1.3 罗丹明B降解技术罗丹明B 又名玫瑰红 B，俗称花粉红，其粉末呈深紫色，溶于水后呈鲜桃红色。罗丹明B 由邻苯二甲酸酐和 m-羟基 N,N-二乙基苯胺进行缩合反应产生，或由二胺与 3,6-二氯荧烷在高压条件下反应产生。罗丹明 B 作为一种人工合成阳离子型有机染料，被广泛应用于造纸印刷，纺织印染，皮革和油漆等行业，曾被用作食品添加剂，但由于被证实具有致癌性，已明确规定不允许用于食品中，但近年来仍然有报道食品中被查出含有罗丹明B。 Hemin/H2O2体系中罗丹明B模拟废水的脱色研究:http://www.751com.cn/huaxue/lunwen_21857.html