EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.催化鐵內(nèi)電解法降解效率與偶氮染料結(jié)構(gòu)的關(guān)系基金項目：國家863計劃課題“高級催化還原技術(shù)與設(shè)備”（編號：2002AA601270）及上海市重點學(xué)科建設(shè)項目基金項目：國家863計劃課題“高級催化還原技術(shù)與設(shè)備”（編號：2002AA601270）及上海市重點學(xué)科建設(shè)項目摘要：11種水溶性偶氮染料溶液的催化鐵內(nèi)電解法降解試驗結(jié)果表明：在30min內(nèi)，脫色率達到60%以上的染料占91%，91%的染料的COD去除率大于50%。初步探討了染料結(jié)構(gòu)與其降解效率之間的定性關(guān)系。結(jié)果表明，染料共軛鏈的長短、偶氮雙鍵中的氮原子是否與臨近基團形成氫鍵、取代基電負性大小、染料的分子量及空間構(gòu)型、染料分子在水中的締合程度等對降解效果有影響。關(guān)鍵詞：催化鐵內(nèi)電解法偶氮染料脫色COD鐵屑法是目前研究較多并逐漸得到應(yīng)用的一種脫色技術(shù)，但長期運行后鐵屑容易結(jié)塊板結(jié)，效果大幅下降，本研究利用電催化材料——銅作為陰極，強化鐵屑內(nèi)電解陰極過程的能力來處理染料廢水。目前對催化鐵內(nèi)電解法降解效率與染料結(jié)構(gòu)關(guān)系研究的不多。疏水性或不溶于水的染料廢水可用混凝劑加以處理，而對于活性染料、酸性染料等水溶性染料的處理比較困難，本文選取11種水溶性偶氮染料，定性分析了催化鐵內(nèi)電解法降解效率與染料結(jié)構(gòu)的關(guān)系，為預(yù)測相似結(jié)構(gòu)偶氮染料的降解效果提供依據(jù)。催化鐵內(nèi)電解法的降解機理有鐵直接還原、銅電極表面的還原、新生態(tài)[H]的還原[2]、鐵離子的絡(luò)合聚沉作用及鐵的氫氧化物的靜電吸附作用等[1，3]。電極反應(yīng)為：陽極（鐵）：Fe（s）→Fe2+（aq）+2e-Fe2+（aq）+2OH-(aq)→Fe（OH）2（s）陰極(銅)：2H2O（l）+2e-→H2(g)+2OH-（aq）大分子有機物+ne→小分子有機物鐵的氫氧化物也可以通過表面絡(luò)合和靜電吸附去除污染物，絡(luò)合作用是污染物作為配合體與鐵的氫氧化物的配合[1]，具體可表示為：L－H(aq)+（HO）OFe(s)→L－OFe(s)+H2O靜電吸附是鐵的氫氧化物顆粒帶有明顯的正負電荷，它能夠吸附去除帶有相反電荷的污染物[1，3]。1材料與方法1.1材料試驗用11種偶氮染料均為國產(chǎn)商品染料，應(yīng)用類型涉及酸性（3個）、活性（3個）、中性(1個)、直接（1個）陽離子（3個），結(jié)構(gòu)有單偶氮（8個）、雙偶氮（2個）和拼混染料（即多種染料按一定比例混合而構(gòu)成的染料）（1個）。染料名稱、結(jié)構(gòu)式與性質(zhì)見表1。其中λmax為紫外可見分光光度計756MC（上海精密科學(xué)儀器有限公司）掃描該種染料水溶液獲得。鑄鐵屑取自同濟大學(xué)機械廠，除油后用蒸餾水洗凈備用；銅件為市售薄片，剪成細條形備用。實驗用水均為自來水配制，所用藥品均為AR級。1.2實驗儀器756MC紫外-可見分光光度計（上海精密科學(xué)儀器有限公司），HYG-A搖瓶柜（太倉市實驗設(shè)備廠），便攜式pH筆（上海三信儀表廠），具塞廣口瓶。1.3實驗方法將鐵屑和銅片按一定比例(質(zhì)量比6:1,總質(zhì)量為140g)混合均勻后，置于500ml廣口試劑瓶中，倒入250ml（200mg/L）待處理的染料廢水，密閉恒溫震蕩（振蕩速率均為140rpm）反應(yīng)一定時間（恒溫25℃），取樣過濾稀釋后進行吸光度和COD的測定，按下式計算脫色率：，式中Ai為脫色后脫色液稀釋n倍后的吸光度；Ao為脫色前脫色液稀釋m倍后的吸光度。COD的測定：HACH比色法。具表歇1劉巡染料結(jié)構(gòu)與脫豬色率輔和茅CO竿D羽降解率船編號貓染料名稱秋染料結(jié)構(gòu)晝分子量忽λ兵max射（先n嫂m拔）綁脫色率慢（％）貍CO哭D(zhuǎn)掏去除率（％）胖1攪酸性杰橙鋒II別350貫485組78.0爹64.9暮2膛直接大槽紅真4BS雄925.02銜484貞96.6懂87.2六3扯酸性大演紅揉GR束556課484遭85.0巖63.3臨4淘酸性港黑臟ATT第*夠+躍536.2洪613馳93.75熔66.5靜5飯陽離子嘉蘭販X-GRRL怠371副614究63.75汁54.1蓮6額陽離子嫩黃驅(qū)404限414煉69.6場65.76丸7向陽離子劍紅浮GRL婆493.13脅536府35.0遍18.4腥8洋活性艷阻紅籃X-3B鏈602曉542錦64.5污50..2暗9鼓活性頸黃誕X-RG答705葛390引70.6葡69.2折10厭活性艷蠟紅旱M-8B禾838.1蕉546為75.2幣63.2興11儀中性深御黃律GL殼926.3穿436棉60.1焦55.3鑒*獻為雙偶氮染料浩酸性黑注10B擊和單偶氮染料離酸性酷橙啊Ⅱ煤以俘70雪：叮30(晶質(zhì)量比綠)付拼混而成歸2省技結(jié)果與討論煩2.1尋膚不同染料的催股化鐵內(nèi)電解法碧脫色效率比較柄由化表讓1泊可見，不同染填料在相同反應(yīng)稼條件下脫色率柳不同，反映出禽染料結(jié)構(gòu)對脫仰色效果的內(nèi)在胡影響；這些染論料，盡管結(jié)構(gòu)雁不同，應(yīng)用類階型不同，顏色糞有差異，但傭在猜30mi粗n駁內(nèi)，染料濃度甩均有不同程度千的下降，脫色超率達芹到錦60著%漢以上的染料鋒占先91默%僅。染料的脫色贏是還原作用和廟吸附絡(luò)合雙重虜作用的結(jié)果。發(fā)染料的色度去數(shù)除是個復(fù)雜的劈過程。其中還骨原作用包括化肝學(xué)還原和電化芝學(xué)還原，化學(xué)何還原又可包括拜金屬鐵的直接砍還原和金屬鐵衰在酸性條件下屋的置換反應(yīng)放材出的新生吧態(tài)蒸[H耀]賀的還原，電化耳學(xué)還原是指鐵衣銅組成原電池喪，陰電極銅對任有機物的電催臺化還原作用。榆分子結(jié)構(gòu)不同瓜會影響還原作陜用的發(fā)生，具總體因素有染料迫共軛鏈的長短濟、偶氮雙鍵中尼的氮原子是否巷與臨近基團形蠟成氫鍵、取代棟基電負性大小銅等控[3]括。單2.則2列不同染料的催齒化鐵內(nèi)電解堪法替CO情D階去除率比較胸比乞由姑表永1原可見，染料脅的襖CO蘋D作去除率趕在煮30mi富n框內(nèi)達救到影60設(shè)%亭以上的坑占裝91翠%任，這說明催化坡鐵內(nèi)電解法對票水溶性染料降畢解效果好，適把應(yīng)性較強。染宮料肥CO蔬D享的去除主要是柄混凝吸附和絡(luò)碌合作用的結(jié)果擁[齒1統(tǒng)，屠3]宅。尖她痕通常酸性染料勢的分子量較大幕，分子中含有弟－聽SO稅3撐H域，閱－顛O曠H兆等親水性基團泰，共扼系統(tǒng)較臉長且平面性好腦，易形成分子欄締合怖體仇(裕聚集蓋態(tài)宇)黑，溶液的膠體煤性質(zhì)比較明顯議，易被混凝除幻去。直接染料刺分子中毀－集SO會3革H參，許－汁COO推H唇，破－座O果H木等親水性基團垃含量較高，水商溶性好。在水浪溶液中直接染甜料分子一般呈每直線型展開，填幾個芳環(huán)位于拐同一個平面內(nèi)鬧，直接染料分漲子可通過院－鞏SO蛇3鉛H戚，噸－愁O抵H模等基團問的氫復(fù)鍵相締合，有唐較大的聚集傾迎向，以膠體形夸態(tài)存在堆[4]析，較易被化學(xué)明混凝除去。活嚴性染料分子母匆體上含有較多缸的熟－采SO闖3桂H吉，浙－恨COO霜H左，耳－筐O喚H常等親水性基團筍，在水溶液中王溶解度較好。儉活性染料在水待中的分解狀態(tài)鍋隨著結(jié)構(gòu)而變悄，分子量大或沒芳環(huán)呈平面者套易發(fā)生締合，煩形成大分子集醒團而易被除去斯；分子量小且孝芳環(huán)不在同一昨平面內(nèi)，多以難接近真溶液的概狀態(tài)存在，混得凝去除率下降象[5]寒。中性染料分甘子中含有藥－天S已O絹；，鳳－爹NH餅2役，蹈－慨O澆H初等親水性基團勒，有一定的溶甜解度。但由于發(fā)中心存在金屬槽絡(luò)離子，偶氮蠢鏈上的爐－玉S異O譯；除－獄N激＝隊N求－，遠－高C榨＝叛O腔－均參與配位唉，導(dǎo)致幾個苯肅環(huán)不在同一平皇面內(nèi)，分子間表較難締合，中焦性染料在水中素以接近真溶液馬的狀態(tài)存在，塞混凝作用較低頑。而陽離子染工料溶于水中時踢以真溶液的狀竄態(tài)存在，混凝汁去除效率低。章2.3踏何染料結(jié)構(gòu)與降交解效率關(guān)系的食定性分析敵由于各染料反鬼應(yīng)截30mi敘n踩時的降解率基糧本反映了催化待鐵內(nèi)電解法對丟染料的去除速樓度和去除能力杯，以各染料在柴反贏應(yīng)節(jié)30mi損n吹時的脫色董率仔(龍表睛1鐘)銷為基礎(chǔ)探討染柏料結(jié)構(gòu)對降解播率的影響，根精據(jù)染料結(jié)構(gòu)、絲降解效率、染樓料結(jié)構(gòu)與顏色箱關(guān)系的理論以莊及相關(guān)文獻翠[戴4咳，籍5輕，撇6]鳴，通過分析得渠到兵表隊2煮。捷表廁2返擇染料結(jié)構(gòu)與催聰化鐵內(nèi)電解法址降解效率的定庸性分析宣影響因素撲脫色效果薄CO端D星去除效果井結(jié)構(gòu)因素醬染料舉例菠應(yīng)用類型輕直接可溶染逃料聰>夠酸性染柴料更>紡活性染能料誰>遙中性染令料飼>抖陽離子染料英直接染艘料輩>朝酸性染料、活局性染轉(zhuǎn)料你>蠟中性染嫩料密>皂陽離子染料圾分子結(jié)構(gòu)大小際、水溶性基團梁的存在、類型奉與數(shù)量，分子熊的空間結(jié)構(gòu)及高水中締合程度攜1檢、嘉2蘆、輪5異、鋒10似含雜環(huán)結(jié)構(gòu)急脫色率總體偏佩低一點?？傮w偏低，但農(nóng)規(guī)律不太明顯較雜環(huán)含不同原復(fù)子和結(jié)構(gòu)，影竿響空間結(jié)構(gòu)洗5玩、言6肯、床7么單偶氮聚偶合組分含鄰原位羥基萘酚的陪偶氮染料脫色患效果好綠CO參D駛?cè)コ瘦^高眨羥基與偶氮鍵腐上的氮原子形珠成氫鍵減少偶巖氮鍵的電子云領(lǐng)密度，同時提釘供配位原子初1迅、議2渡、傻3隨、生4引、旺8勵、乓9宿、嗽10臨雙偶氮原比相似結(jié)構(gòu)單暢偶氮染料效果旋好喜CO紹D見去除率較高表分子共扼鏈的蛋長短及分子量聞的大小及空間外結(jié)構(gòu)、水中締出合程度儀1返、思33結(jié)論裝3.11深1蜘種水溶性偶氮刪染料術(shù)在隙30mi指n專內(nèi)稱，縫91正%娛的染料脫色率雁超扛過因60單%思，富91硬%秋的染料品的潮CO救D礙去除率大臨于故50銜%繪。說明催化鐵進內(nèi)電解法對水號溶性染料降解齡效果好，適應(yīng)羅性強。橡3.2熊異染料結(jié)構(gòu)與催采化鐵內(nèi)電解法跳脫色效率之間圣有較密切關(guān)系關(guān)，表現(xiàn)出如下臨規(guī)律：直接染僻料識>山酸性染料、活架性染團料衣>祝中性染盜料糧>猾陽離子染料；乞染料的結(jié)構(gòu)類細型對脫色的影恒響基本滿足：但相對不含雜環(huán)匹結(jié)構(gòu)的偶氮染中料，含雜環(huán)結(jié)輔構(gòu)單偶氮染料貞脫色效果差；欺含鄰位羥基荼服酚的偶氮染料障脫色效果較好好；有相似結(jié)構(gòu)壇的雙偶氮染料振比單偶氮染料經(jīng)更易于脫色。駱3.置3堵染料的分子量蠶及空間構(gòu)型、迫染料分子在水恒中的締合程度沖等染料結(jié)構(gòu)天與玻CO烈D卡去除率之間有煩較密切關(guān)系。見表現(xiàn)如下規(guī)律效：染料的分子生量大、空間構(gòu)辨型呈平面、染侄料分子在水溶義液中的締合程捐度高的染離料熱CO舞D今去除率高，否師則去除率低。參考文獻濁[1]A.仰Willc利ock,M困.Brew只ster,肺W.Tin廟cher.紗Ameri生canDy割eStuf揀fRepo余rter(家1992)纖1玻5辰－模22.或[2蔬]喂徐文英，周榮插豐銀.犁稍催化鐵內(nèi)電解灰法處理難降解單有機廢窄水幟[J].會厘上海環(huán)境科學(xué)膚，班200悔3壽，塌2理2破（飼6責(zé)）但：乖40戰(zhàn)2會－鋒405.支[3鼓]根張林生，蔣嵐假嵐搶.瘦鍬染料廢水的混閥凝脫色特性及產(chǎn)機理分出析怕[J].澡秧東南大學(xué)學(xué)報斤，蠅200浸0設(shè)，沸3貿(mào)0嬸（強4佩）嗽：期7腎2形－域76.偏[4間]汪錢國坻。染料帥化幸學(xué)貪[M].銀贊上海交通大學(xué)駁出版社栽，聾1988.7標4乎－銜88.袖[5]執(zhí)到鄭冀魯，范娟功，阮復(fù)昌．印興染廢水脫色技逢術(shù)與理論述臂評情[J定]妹．環(huán)境污染治俯理技術(shù)與設(shè)備悔，即2000,1癢(5收)斥：品2上9爺—隨3橡5拿．驕[6]辭聰鄭冀魯，范娟片，阮復(fù)昌．印傳染廢水混凝脫詠色技術(shù)的分子姜結(jié)構(gòu)基辣礎(chǔ)侄[J晉]眉．環(huán)境污染與歪防治避，詞200幅2滿，蠻2杯4流（蘆1苗）撞：歐2航3鏟－認25.襖Relati介onship韻betwe箱enazo緊dyes端tructu扮reand腹degra梅dation享byFe膛-Cu歸Intern額alEle維ctroly洗sisMe宵thod霞Abstra界ct少：蒙Theex候perime鴉ntres任ultso膛fdegr漆adatio世nof1檔1kind主sofs貢oluble奉azod夾yesol昌ution擱using向Fe-Cu芹Inter她nalEl警ectrol定ysism誓ethod沙indica餓tedth蝴atthe島decol談orizat致ionef惱ficien謊cy施of91%寬azod愧yesre輕ached瞧over6娛0%in伙30min.居theC葛ODdeg夢radati船oneff軌icienc仍yof9用1%azo掩dyes紀reache掙dover叫50%.仰Thequ妻alitat慰ivere會lation撐shipb級etween荒dyes厘tructu略reand無degra仇dation呆effic搬iency掘wasex滅plored奶preli驗minari森ly.Th建e嬸relati扭onship瘋wasq式uitec存lose;店thele團ngtho階fdye雷conjug偵ated,攀existe浸nceof霸hydro庭genbo差ndfor閑mation稱ofni碎trogen奸atom赴inthe體azod卻ouble遠bondw諷ithne冶argro盈up,an雜