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高铁酸盐对偶氮类染料的降解脱色研究

来源:印染在线 发布时间:2009年07月01日

随着染料工业的迅速发展,染料的品种和数量不断增加,同时染料工业所带来的污染问题也日益严重.偶氮染料是其中一种,由于它的前驱体及其降解产物芳香胺具有致癌性,因此对染料工业废水的降解和脱色研究备受重视.早在20世纪70年代初,人们就开始对染料废水处理进行研究,先后不断开发了絮凝、吸附、化学氧化、辐照、湿式空气氧化、生物法等处理技术.无机高分子絮凝剂(IPF)的研究开发近几年得到了迅速的发展,其中聚合氯化铝(PAC)[3-4]已实现大规模商业化生产,聚合铁(PFS)、铝铁共聚型无机高分子絮凝剂(PAFC)[6]的研究也已成为热点.高铁酸盐具有特殊的水处理功能.作为铁的6价化合物,它是一种强氧化剂,在酸性溶液中,其氧化还原电位高达1.9V,在碱性溶液中其氧化还原电位为0.9V,可以有效地氧化降解染料工业废水中的有机物质,还原后生成的Fe3+是一种絮凝剂,其水解产物Fe(OH)3具有很好的吸附作用.因此,高铁酸盐具有氧化、吸附和絮凝的多种功能.1 实验部分1.1 FeO42-/Al(OH)4-混凝剂的制备以铂为阴极,铁为阳极,阴阳两极的表观面积为6cm2,以饱和NaOH溶液为电解液,以Nafion117阳离子交换膜为隔膜,以灰口铸铁为铁基阳极.以24mA/cm2的电流密度电解制备FeO42-.为了增强其絮凝效果,在每100mLFeO42-絮凝剂溶液中溶入1g的金属铝,使其生成FeO42-/Al(OH)4-混凝剂.1.2 红外光谱分析染料溶液经FeO42-絮凝剂处理,过滤后沉淀物经蒸馏水冲洗,真空干燥后以日本岛津公司出品的IR408红外分光光度计作红外光谱分析,以研究酸性铬蓝经降解后产物的化学组成.1.3 紫外光谱分析用CARY50BIO(USA)型紫外-可见分光光度计,测定处理前后偶氮染料的主要紫外吸收峰在220~600nm波段内的吸光度变化.1.4 FeO42-及FeO42-/Al

(OH)4-混凝剂的降解脱色反应用甲基橙、酸性铬蓝、铬黑T等模拟有机染料废水,以上海分析仪器厂出品的721GW型分光光度计对经阳极液处理后的偶氮染料溶液作吸光度的分析,研究FeO42-絮凝剂及FeO42-/Al(OH)4-混凝剂的降解脱色效果.试液取样后在容量瓶中稀释,而后移入石英玻璃比色槽中.用GB11914-89的重铬酸钾法测定染料溶液降解前后的CODCr值.所有实验试剂均为市售分析纯试剂.2 结果与讨论2.1 红外光谱测试结果分析图1、图2、图3分别是甲基橙、酸性铬蓝、铬黑T3种不同染料经过高铁酸盐处理前后的红外谱图.图1A是未经处理的甲基橙红外谱图.如图所示:3450cm-1是OH的伸缩振动波数;2923cm-1是CH的伸缩振动吸收峰;1606cm-1,1520cm-1,1443cm-1是苯环骨架CC的振动吸收峰;1450~1400cm-1的弱吸收是NN的振动吸收峰;1366cm-1是氮原子连接在于芳香碳上的C—N特征吸收峰;1119cm-1是芳环上1,4取代的特征吸收峰;1080~1010cm-1是磺酸根的吸收峰;844cm-1,817cm-1是两个相邻氢原子的C—H面外变形吸收峰;743cm-1,696cm-1是5个相邻氢原子的C—H面外变形吸收峰.图1B是甲基橙经高铁处理后滤液的红外谱图.在1667、1443、1188、881、861cm-1处出现了碳酸根的吸收峰,其余一些苯环上的吸收都已变得很弱.如图2A所示,在酸性铬蓝的红外谱图中,3300cm-1处宽大的强吸收峰是苯环上OH的特征谱峰位置,1600cm-1为苯环的骨架振动,1474cm-1处是苯环上CC的伸展振动吸收峰,1360cm-1为芳香碳与N原子相连时的振动吸收峰.1317cm-1为苯环上非对称SO2基的伸缩振动峰.1400cm-1至1600cm-1段上出现的IR
曲线的微弱吸收是芳香偶氮NN的贡献,通常氮氮双键的振动在IR图上是十分微弱的.1150~1200cm-1处宽大的强吸收是苯环上磺酸根基团与OH基团的振动吸收相叠加后引起的.当Cl与芳核连接时,由于Cl—Cl键的伸展振动和环的振动相互作用,所以看不到单纯的C—Cl键的伸展振动峰.由于酸性铬蓝中有3个苯环,因此在1037cm-1处出现中强的包含有C—Cl键伸展振动吸收的苯环上C—H面的内弯曲振动吸收峰.当苯环上有5个邻接的H时IR的谱带峰出现在770~730cm-1的位置,随着邻接H个数的减少,谱带位置上移,苯环上孤立H的峰位置在860~900cm-1左右.图2A中780cm-1与890cm-1两个峰是由苯环上H的面外弯曲振动吸收引起的.经FeO42-絮凝剂降解脱色处理后的沉淀物经分离干燥后的IR谱图如图2B所示.图2B的谱峰数比图2A明显地减少了,仅出现3300cm-1处的氢键吸收及1420与875cm-1处的CO32-的吸收谱峰.苯环上CC(1600cm-1)的振动吸收变得十分微弱.IR谱图上的CO32-吸收谱峰的出现无疑是高铁FeO42-/Al混凝剂(氧化电位1.9V)将酸性铬蓝氧化为水和二氧化碳所致.CO32-是酸性铬蓝降解后生成的CO2溶解在氢氧化钠溶液中生成的,由此可见,高铁絮凝剂有极强的氧化能力,可以将有机溶剂的发色基团破坏,使其脱色.

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