染料廢水是我國主要的水污染源之一，其具有水量大、有機污染物含量高、色度高、堿性大、有機物難生化降解等特點，屬水處理的難題之一。當前國內(nèi)外常用的處理方法有化學(xué)絮凝法、化學(xué)氧化法、吸附法、電化學(xué)法、生物處理法和高級氧化等方法。傳統(tǒng)的高級氧化技術(shù)主要是通過產(chǎn)生羥基這種活性物質(zhì)去除污染物，而過硫酸鹽氧化法是基于硫酸自由基(SO4－•)的一類新的高級氧化技術(shù)。過硫酸鹽在反應(yīng)的過程中會被分解，從而產(chǎn)生過硫酸根離子(S2O82－)，分子中含有氧化性較強的雙氧鍵O－O，標準氧化還原電位是+2．02V，接近O3(E0=+2．06V)。但是Na2S2O8相對來說較穩(wěn)定，通常去除污染物的效率不高，需過渡金屬(如鈷)催化活化S2O82－分解為SO4－•，其氧化還原電勢是2．5～3．1V，能激發(fā)產(chǎn)生很多高活性的氧化物質(zhì)，啟動序列自由基的分散和結(jié)束的鏈式反應(yīng)，將有機污染物分解轉(zhuǎn)化為二氧化碳和無機酸。因此過硫酸鹽的氧化方法是基于硫酸自由基的一種高級氧化技術(shù)，具有反應(yīng)穩(wěn)定、條件溫和等優(yōu)勢而被關(guān)注和研究。
以橙黃II染料作為污染物，制備沸石載鈷活化劑，研究活化劑投加量、初始pH等因素，對沸石載鈷活化劑催化過硫酸鈉去除橙黃II染料降解效率的影響，并且探究超聲波對反應(yīng)效率的強化作用。
1、材料與方法
1．1 實驗儀器與試劑
實驗儀器主要有:紫外可見分光光度計(AM1307004);恒溫振蕩器(DKZ－2);程序控溫箱式電阻爐(SX2－2．5－12);X射線衍射儀(TD－3500);冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SU8010)。
主要試劑有:天然沸石;過硫酸鈉;橙黃II;硝酸鈷;氫氧化鈉;鹽酸;甲醇，試劑均為分析純。
1．2 沸石載鈷活化劑的制備
取一定量粒徑是100目的沸石投放到硝酸鈷浸漬液中，讓沸石在硝酸鈷溶液里浸漬震蕩12h(恒溫25℃)，再經(jīng)105℃烘干，然后磨碎放入程序控溫箱式電阻爐用10℃/min的速度進行升溫，升溫500℃后煅燒2h，自然冷卻，對樣品進行研磨再過100目標準分樣篩，干燥以備使用。
1．3 染料廢水橙黃II配制及測定
用橙黃II染料配制的溶液為染料廢水進行研究。對不同濃度的染料廢水進行200nm－800nm的紫外－可見光譜掃描，觀察可得波長484nm時橙黃II溶液的吸光度達到最高。
2、結(jié)果與分析
2．1 沸石載鈷活化劑的物化特性及其表征分析
2．1．1 活化劑物相組成分析
通過熱解得到的沸石載鈷活化劑試樣的XRD圖譜，如下圖1所示。
如圖1所示，沸石載鈷樣品有明顯的二氧化硅衍射峰，以及對應(yīng)的鈷氧化物的衍射峰，除此之外并未發(fā)現(xiàn)其他物質(zhì)的衍射峰，證明制備的活化劑是沸石載鈷活化劑。
2．1．2 天然沸石和活化劑形貌
用冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面特征，如圖2所示，對比(a)和(b)圖可見，沸石載鈷活化劑相較于天然沸石的表面更光滑，表明鈷能較好的負載在天然的沸石表面。
2．2 沸石載鈷活化劑催化過硫酸鈉降解染料廢水性能研究
2．2．1 活化劑投加量對染料廢水降解的影響
通過控制沸石載鈷活化劑的投加量，進行對比實驗，結(jié)果如圖3所示。
由圖3可知，沸石載鈷活化劑對活化過硫酸鹽效果影響明顯，隨沸石載鈷活化劑加入量增多，染料去除效果明顯提高。在未加入活化劑條件下，系統(tǒng)對橙黃II降解效果較差，60min降解率為10%，不加入活化劑只加入過硫酸鹽，廢水只能被部分降解，過硫酸鈉本身雖然具有強氧化性，但是在常溫條件里特性十分穩(wěn)定，不會生成含強氧化性活性自由基，所以廢水的降解效率不高。當加入0．5g活化劑后，橙黃II降解效果明顯提高，增加至60min降解率提高至46%。當活化劑投加量從0．5g增加到2g時，染料廢水橙黃II降解率逐漸增加，降解率由46%增加至92%。這可能是因為更多沸石載鈷加入量可以增加過硫酸鈉分解活性位點，在反應(yīng)時間相同時被氧化有機物量增大。當活化劑使用量由2g增高到2．5g時候，反應(yīng)60min降解率都是90%以上，且變化幅度不大，因此實驗所用活化劑加入量定為2g。
2．2．2 溶液初始pH對橙黃Ⅱ廢水去除的影響
調(diào)控橙黃II染料廢水的初始pH，得到pH2、4、6、8、10的染料廢水進行實驗，活化劑的加入量控制在2g，用5%的沸石載鈷活化劑，結(jié)果如圖4所示。
由圖4可知，當pH值為2時，反應(yīng)系統(tǒng)對染料效果降解率最低，60min橙黃II的降解率為64%，隨著pH的提高，橙黃II的降解率不斷地提高，pH為10時，50min橙黃II的降解率已達96%�；罨瘎┰诨罨^硫過硫酸鈉反應(yīng)過程中，pH的變化對染料橙黃II的降解影響明顯，在反應(yīng)過程中產(chǎn)生鏈式反應(yīng)，在堿性條件下有利于反應(yīng)產(chǎn)生硫酸根自由基，從而提高了反應(yīng)系統(tǒng)對染料橙黃II的降解。
2．2．3 超聲波對染料廢水降解的影響
通過其他手段進一步提高活化過硫酸鹽效率，實驗采用超聲波的方法進一步提高活化效率，將50mL初始濃度是100mg/L的橙黃Ⅱ染料廢水的pH值控制為10，投加2g負載為5%的沸石載鈷活化劑，再迅速加入2g的過硫酸鈉，在室溫下將其放入超聲波清洗器中開始反應(yīng)，結(jié)果如圖5所示。
由圖5可以得出，超聲作用10min，染料廢水的降解是常規(guī)振蕩下的2倍，幾乎與常規(guī)振蕩50min時的降解效果相近，在10min反應(yīng)時間時橙黃II的降解率為93%。超聲波在反應(yīng)體系中，可產(chǎn)生超聲空化作用，與過硫酸鹽發(fā)生反應(yīng)，引發(fā)鏈式反應(yīng)，形成自由基，對染料橙黃II進行降解，此外空化泡崩潰可產(chǎn)生強的沖擊波對橙黃II中的苯環(huán)或者化學(xué)鍵進行破壞，使得橙黃II發(fā)生降解。
3、結(jié)論
制備的沸石載鈷活化劑具有較好的活化性能，當染料橙黃II廢水的初始濃度是100mg/L時，當鈷負載量為5%，沸石載鈷活化劑的加入量為2g，溶液的pH為10，過硫酸鈉使用量為2g的時候，橙黃Ⅱ的降解效果達到最佳，60min去除率達到96%。超聲波對反應(yīng)具有強化作用，反應(yīng)時間為10min時去除率即可達到93%。該技術(shù)可應(yīng)用于染料廢水處理。（來源：合肥供水集團有限公司，合肥學(xué)院生物與環(huán)境工程系）
