以磁性奈米铁催化芬顿及过硫酸盐氧化程序降解偶氮酸性染料之研究

以磁性奈米铁催化芬顿及过硫酸盐氧化程序降解偶氮酸性染料之研究偶氮染料是常常运用在印染和纺织产业中的一类含有偶氮双键（-N=N-）的合成性染料。大多数的偶氮染料难以生物降解,并随着染料分子结构的衍化,传统的生物处理工艺并不能达到理想的效果。商业磁性奈米铁（MNP-Fe₃O₄）在去除水溶液中染料分子方面,反应快速、效果显著且操作便捷,呈现各方优势。因此在本研究中,将磁性奈米铁作为催化剂,触发Fenton与Persulfate对酸性偶氮染料Newcoccine（NC）进行褪色反应;同时研究这两类反应的反应机制,包括吸附反应和氧化反应。研究表明MNP-Fe₃O₄在水溶液中对染料NC的吸附作用是染料去除的重要方面。反应溶液酸度越强,吸附量越高。最佳pH值为2.5,此时MNP-Fe₃O₄对NC的吸附量为3.56×10-5mol/g,NC的去除率为90.29%。MNP-Fe₃O₄对NC的吸附满足Langmuir等温模型,且为化学吸附。研究发现MNP-Fe₃O₄触发Fenton和Persulfate对NC的脱色效果优劣不一。影响反应效果的因素多样,关键因素为MNP-Fe₃O₄的投加量、溶液pH值、氧化剂质量、温度,皆一一进行观测,抽丝剥茧。实验表明,随着MNP-Fe₃O₄的投加量的增加,两类程序的反应效果皆有显著的提高,但增加幅度并不成比例。适宜的氧化剂浓度亦可提升NC的脱色效果。另外,提升程序MNP-Fe₃O₄/PS的反应温度可促进反应正向进行。实验表明,提升反应温度可促使MNP-Fe₃O₄析出更多的Fe2+,并且伴随自由基·OH和SO4-·的大量出现。当程序MNP-Fe₃O₄/PS的反应温度提升并维持在60oC时,染料NC的降解率便可在反应仅进行到20min时达到95%;热活化PS触发MNP-Fe₃O₄对NC的脱色反应的活化能是101.74kcal/mol。此外,研究发现超声波与这两类程序的协同作用（MNP-Fe₃O₄/Fenton/US及MNP-Fe₃O₄/PS/US）对染料NC的去除皆有显著的提升,但程序MNP-Fe₃O₄/Fenton/US的降解效率优于程序MNP-Fe₃O₄/PS/US。仅在程序MNP-Fe₃O₄/Fenton中增添5min的超声波震荡（120W/L）,即可将NC的去除率在15min内提升至90%。程序MNP-Fe₃O₄/PS/US中,反应进行90min,US为10min、20min、30min、45min,最终NC去除率分别为62.50%、70.31%、88.18和97.67%,皆高于程序MNP-Fe₃O₄/PS的50.32%。反应机制分析实验可知,吸附作用和氧化作用在MNP-Fe₃O₄/Fenton反应中并驾齐驱,且吸附占据更高的比例。与之相反,