微波加速铬渣处理模拟偶氮类染料废水的研究

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偶氮染料废水由于其高色度、强毒性、难降解,在还原条件下易分解产生致癌性芳香胺,而被视为现今急待治理的废水之一。本论文以具有典型性的偶氮类染料甲基橙为对象,对溶液中甲基橙的降解条件和降解机理进行了研究。研究过程中考察了铬渣用量、H2O2添加量、溶液的pH值、微波功率及作用时间五个因素对甲基橙溶液的脱色和有机物(TOC)的去除效果、甲基橙的降解程度以及溶液中甲基橙和铬(Ⅵ)离子残留量的影响。分别探讨了双波长紫外分光光度法和单扫描示波极谱法同时测定混合废水中甲基橙和铬(Ⅵ)浓度的可行性。采用双波长紫外分光光度法同时测定甲基橙和铬(Ⅵ)浓度时,甲基橙对铬(Ⅵ)有掩盖作用,结果的准确性较差。论文中探讨了单扫描示波极谱法对两个组分的同时测定,该方法对甲基橙和铬(Ⅵ)的检测限分别为1.86×10-6g/L和9.46×10-8g/L,试样分析的相对标准偏差分别为4.98%和2.18%。该方法操作简便、快捷、准确性好、精度高,且可以同时测定废水中的甲基橙和铬(Ⅵ)浓度,在论文研究中用于测定混合废水中铬(Ⅵ)和甲基橙结果令人满意。微波辐射能够提高体系的温度加强溶液中分子的热运动,提高了反应的速率,加速了甲基橙降解反应进程。增加微波辐射的功率有利于甲基橙的降解,功率越大去除率越高,从180W上升到360W时,甲基橙的去除率逐渐增大,当微波功率超过360W后趋于缓和,不再出现明显的变化。另外,微波功率还对甲基橙溶液中残留的甲基橙和铬(Ⅵ)浓度有影响。功率为540W时,溶液中铬(Ⅵ)浓度最低;甲基橙在溶液和残渣中残留量都很低;甲基橙的去除率也较高。不同的双氧水用量实验研究表明,H2O2对甲基橙的去除率影响非常显著,极少量的H2O2就可以使溶液脱色;而溶液中有机物(TOC)含量没有出现明显降低。增大H2O2的用量后,溶液的TOC去除率迅速提高,当H2O2的用量超过0.5mL之后,TOC去除率的变化也趋于缓和,溶液几乎完全脱色,表明甲基橙中的—N=N—被破坏,甲基橙已经完全分解。溶液的酸碱度主要影响甲基橙溶液中有机物的降解。在pH 2~12的范围内,甲基橙都能达到很好的分解效果,使溶液脱色。在强酸性条件下,甲基橙溶液的处理效果最差,碱性条件下处理的效果较好;在pH 4~6的弱酸性条件下,甲基橙溶液的处理效果最好。酸性溶液中甲基橙呈蒽醌式结构不易被破坏;碱性溶液中甲基橙呈偶氮式结构,单偶氮键易于断裂。不同的铬渣用量实验研究表明,铬渣对甲基橙的去除率影响也很显著。不添加铬渣时,处理后的甲基橙溶液颜色没有出现明显变化,TOC去除率仅为0.5%。添加少量铬渣后,TOC的去除率迅速提高,随着铬渣用量的增加去除效果越好,说明铬渣在反应体系中具有很重要的作用。当铬渣的用量达到1.0g之后,有机物的去除率变化趋于缓和,继续增加铬渣的用量时去除率的提高不明显。对溶液的紫外可见光光谱和荧光光谱进行分析研究推测,在微波、铬渣和H2O2的作用下,甲基橙在弱酸性溶液中可能存在的降解历程为:葸醌式结构中的N—N首先被打断,生成N,N-二甲基对苯二胺和对氨基苯磺酸盐。在酸性条件下产物中的对氨基苯磺酸盐先脱去结构中氨基生成苯磺酸盐,在·OH自由基的作用下,苯磺酸盐脱去磺酸基生成苯,最后被氧化降解成CO2和H2O等无机物;N,N-二甲基对苯二胺在酸性介质中先脱去氨基取代基成为N,N-二甲基苯胺,然后被氧化成苯,最终降解成CO2和H2O等无机物。
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