改性活性炭负载活化PMS对水中罗丹明B的降解研究

绪论1.1罗丹明B的概述1.1.1罗丹明B的介绍罗丹明B属于典型的合成阳离子碱性染料，它还能当作染料指示剂来用，其别名有碱性玫瑰精、四乙基罗丹明等等，大家也俗称它为花分红。它的应用范围那是相当广泛的，像造纸印刷领域、纺织皮革领域以及食品添加剂领域等，都有它的身影。不过，由于已经被证实存在致癌风险，所以现在已经不允许在食物当中使用它了。这类废水往往会呈现出高色度的情况，而且其生物可降解性比较低，还很难通过生物处理的方式来处理，如果没有经过处理就直接排放出去的话，那么就会给人类健康以及生态平衡带来极为严重的威胁REF_Ref16911\r\h[1]。1.1.2罗丹明B的来源和危害纺织业以及其他各类企业，在对工业污水展开处理工作的时候，往往会排放出那种含有罗丹明B这类染料的废水。罗丹明B属于常见的有机污染物质，其具备诸多特性，像是结构方面颇为复杂，色度很深，有着较强的危害性，不容易被生物所降解，而且其组分呈现出多样的特点，另外还明显受到温度的影响[2]。所以，在针对包含罗丹明B这类废水去进行处理的时候，所面临的可绝不是一般的挑战，难度着实是很高的，而且这类废水若没有经过有效的处理就直接排放到水体之中去将会造成非常严重的环境污染REF_Ref18220\r\h[3]。例如：染料会使得水体着色，影响了水体的原有颜色从而影响了水体的透光性和美观程度，而且有研究表明，罗丹明B具有一定的毒性和生物累积性。其会对水体中的生物如鱼类、藻类等有危害，会影响这些生物的生长、发育和繁殖REF_Ref18380\r\h[4,REF_Ref18387\r\h5]，从而进一步干扰和破坏水生生态系统的平衡。其次，若使用含有罗丹明B等的染料或者未处理干净的含罗丹明B的废水来灌溉农田对土壤也会有诸多影响，比如会破坏土壤结构，一些细小的染料颗粒可能会堵塞土壤的空隙，从而影响土壤的通气性和透水性，使得土壤变得紧实，这样的土壤将不利于植物庄稼根系生长和水分渗透REF_Ref18788\r\h[6]。有部分染料的本身就具有酸性或者碱性，这样的染料随着水源进入到土壤中将会改变土壤的pH值。例如酸性的染料进入土壤会使土壤的pH值降低，长期积累的话就可能导致土壤酸化REF_Ref18867\r\h[7]，因而进一步影响土壤中养分的有效性和微生物活性。此外，长期接触染料这类物质也有可能对人体的健康造成严重危害，如导致过敏反应和基因突变等REF_Ref18974\r\h[8]。1.1.3含罗丹明B废水的治理方法针对水污染的处理，传统的处理技术一般来说会涵盖三大类别，具体而言有物理方面的手段，还有化学层面的相关操作，再者就是生物处理的种种方式REF_Ref19043\r\h[9]。在物理处理技术领域，常见的一些方法有吸附、沉淀、过滤、气浮以及膜分离等之类的手段。在这诸多方法当中，活性炭吸附法属于那种应用得极为广泛同时也是相当常用的吸附处理技术之一，单纯的活性炭虽然具有较大的比表面积和吸附能力，但是对于罗丹明B等一些亲水性比较强的有机污染物的吸附效果就很有限，且在吸附饱和过后对其的二次再生利用较难，若处理不当还容易产生二次污染。REF_Ref19879\r\h黄晓丹等人运用粉煤灰以及活性炭，对吸附剂针对印染废水中CODcr与色度的去除成效展开了探讨。就实验而言，其针对吸附剂的投加量、粉煤灰跟活性炭的质量比例、反应处理时长、溶液的pH值以及反应的温度等方面所产生的影响均进行了研究。实验结果表明，在经过精心调配而达到的最优化实验条件之下，化学需氧量（CODcr）的去除效率成功达到了93.7%，与此同时，色度的去除所呈现出来的效果则达到了95.9%REF_Ref19879\r\h[10]。作为最常见的物理法之一，吸附法具有成本低、操作简便的优点，但在实际应用过程中，吸附法并不适合高浓度的废水处理，并且吸附剂再生也具有一定的难度。沉淀法和过滤法则是更大程度的针对悬浮颗粒物等大分子污染物和大分子的有机污染物，对于溶解性的有机污染物降解效果不佳。气浮法适用于去除水中的乳化油和密度接近水的微小颗粒等，但是这一方法很难去除亲水性强的污染物。化学处理方法常见的方法有化学沉淀法、氧化还原法、混凝法。这些方法在一定的程度上能够去除有机污染物。如混凝法可以通过添加混凝剂而使污染物凝聚沉降，但是这一方法对于一些结构相对稳定的有机污染物而言就难以彻底的去除。而氧化还原法则是利用氧化剂或还原剂将水中的污染物氧化还原为易于处理的或者无危害的物质，但是这一方法在处理有机物时需要用臭氧（O3）、过氧化氢（H2O2）等氧化剂，虽然具有较强的氧化能力，但是反应的条件苛刻并且运行成本较高。生物法的原理是利用微生物的代谢作用将有机污染物分解为无害的物质，具有低成本、环境友好等优点。但是利用生物法在处理罗丹明B等难以降解的有机污染物时，这样就会使得降解的效率很低。且微生物难以适应其复杂的化学结构但也具有降解周期较长、占地面积大等缺点REF_Ref20255\r\h[11]。1.2高级氧化技术的水污染处理研究进展在上述的传统水处理方法中由于其局限性较为突出，为了克服这些传统方法的局限性，高级氧化工艺（AOPs）随之出现，其关键之处在于能够生成具有高度氧化性的羟基自由基（·OH）还有活性自由基，凭借这些来把有机污染物氧化分解成二氧化碳、水以及小分子物质。常见的高级氧化策略有Fenton氧化法[12]、光催化氧化法[13]以及过硫酸盐氧化法等等。Fenton氧化法是利用亚铁离子（Fe2+）和过氧化氢（H2O2）反应产生羟基自由基（·OH），该反应具有速度快、氧化能力强等优点。NilayTuncerREF_Ref21773\r\h[14]等通过将Fenton法（Fe2+/H2O2）和废水处理工艺相结合，进一步探究了废水颜色和COD去除效率的变化。结果表明，COD、颜色和浊度的去除效率明显增强，分别达到了87.9%、96.4%和98.4%。Fenton法虽然是一种极为不错的氧化降解技术，但是降解过程中产生的活性物种容易受pH的影响，导致性能降低。光催化氧化工艺属于一种并非均匀的高级氧化方式，其凭借着高效的效能、能够持续不断地运作、成本相对比较低廉，并且对环境颇为友善等特点而广为人知[15]。那种把光催化作用以及氧化处理技术相互结合起来的方法，便被称作高级光催化氧化法，通过使用紫外光或可见光激发光催化剂来产生活性氧自由基，从而加速有机废水中污染物的降解光催化氧化的主要优点是能够完全矿化有机污染物，无需添加化学试剂，且光催化剂可循环使用。不过其缺点也是比较显著的，它需要用到紫外光源，而且在能耗方面比较大；另外，关于催化剂的回收以及再生操作，可能会存在一定的挑战性。过硫酸盐氧化法之所以能起作用，是因为过硫酸盐（PS，其中涵盖了过一硫酸盐以及过二硫酸盐）具备比较高的氧化还原点位。在合适的活化条件下，它便能够生成硫酸根自由基（SO4-·）。相较于利用·OH来氧化分解污染物的那种传统氧化技术而言，SO4-·在半衰期方面展现出颇为明显的优势，其半衰期可达4s，相比之下，OH的半衰期却小于1μs。并且，SO4-·在高位氧化还原电位上同样有着不错的表现，其电位处于2.5至3.1V之间，而·OH的电位则是在1.9至2.7V范围。再者，就酸碱度范围来讲，SO4-·所涵盖的范围比较广泛，具备在pH值为3至9这一区间的非选择性特点，如此一来，便能够对有机污染物发挥出较好的降解作用，而且经济高效、环境友好、安全稳定REF_Ref22514\r\h[16]。REF_Ref22651\r\hREF_Ref22691\r\h活化过硫酸盐存在多种方式，比如热活化方面可参考文献[17]的相关内容，电化学活化可依照文献[18]所提及的情况，还有金属离子活化可依据文献[19]等来实现。这种方法具有氧化能力强、稳定性好和pH适用范围广等特点。在近些年来，这一方法受到了广泛的关注。1.3Fe对过硫酸盐活化的研究进展在活化过硫酸盐的众多途径中，铁活化过硫酸盐技术由于效率高、体系相对简单、无需外加热源光源、能耗少等特点，受到了环境学家的广泛关注。亚铁离子（Fe2+）作为一种被普遍运用的催化剂，它能够和过硫酸盐产生互动反应，进而生成具有高活性的硫酸根自由基（SO4-·）。这些硫酸根自由基的氧化电位是处于2.5伏特至3.1伏特这样一个范围之内的，其有着颇为可观的氧化能力，能够对有机污染物实现有效的分解REF_Ref24039\r\h[20]。WangREF_Ref24127\r\h[21]等人的研究系统地对比了6种小分子有机羧酸螯合剂应用于Fe2+活化PDS降解甲基苯基亚砜（PMSO）的过程，具体包括草酸、CA、次氮基三乙酸、EDTA、焦磷酸盐以及四聚磷酸盐。结果表明，适量的螯合剂能提高PMSO的降解率，且CA在PDS−Fe2+体系中是最有效的螯合剂，其适用于pH值处于3至9这个范围。在运用亚铁离子来激活过硫酸盐期间，亚铁离子会介入到那种较为复杂的氧化还原反应当中，并且容易出现被氧化的情况，一旦被氧化就会转变成为Fe3+，如此一来便会失去激活过硫酸盐的相应功能。此外，要是亚铁离子的浓度过高的话，那么它就易于和SO4-·产生化学反应，而这对于污染物的分解处理是颇为不利的REF_Ref24242\r\h[22]。于是，众多专家开始探索使用零价铁（Fe0）作为催化剂的可能性。零价铁（Fe0）也可通过电子转移活化过硫酸盐，生成SO4-·等活性物种同时零价铁也可在长时间持续活化过硫酸盐产生自由基。REF_Ref24399\r\hSONG等人在文献[23]中对nZVI/PS、硬质涂层nZVI（也就是C-nZVI）/PS，还有商用微米级零价铁/PS这几种物质针对多环芳烃（PAHs）所具有的分解效能展开了评估工作。经研究可以看到，在nZVI/PS体系当中，要是把DMPO当作捕捉剂来使用的话，那么所捕获到的DMPO-OH以及DMPO-SO4这两种信号表现得是最为突出的。与此同时，在整个反应不断推进的过程里，铁原本所处的0状态会慢慢地发生转变，逐渐变成Fe2+，并且持续不断地参与到活化相关的过程之中，如此一来，便使得铁针对过硫酸盐进行活化的效率得到了一定程度的提升。1.4研究目的与意义和研究内容1.4.1研究目的与意义染料是工业废水中的主要来源之一，我国每一年都会排放大量的含染料的工业废水，且还随工业的发展在逐年增加。罗丹明B作为染料中的一种，其成分复杂，难以降解，如果不能有效的将其去除，就将会对人体健康和生态环境造成危害。所以为了能够有效的对罗丹明B进行降解，需要一种高效经济的污水处理技术来实现。传统的水处理方法对于污水的处理较为单一，效率较低，耗时长。而高级氧化技术则可以能够有效的克服这些局限性，是一种用于处理难降解废水的理想型工艺。因此本实验利用了盐酸改性活性炭负载纳米铁活化PMS来实现对罗丹明B的降解。活性炭经过盐酸改性，可以改变其表面性质，可以有效提高对污染物的吸附能力，且改性后的活性炭也可以提高负载纳米铁的稳定性，可以降低其被氧化的可能。PMS在该材料的催化下可以快速产生活性物从而提高污水的处理效率。1.4.2研究内容此次实验选取活性炭当作初始材料，先使用盐酸对其进行浸渍处理，而后让其在KBH4处于水相的条件下，与FeSO4·7H2O发生反应，借此来合成盐酸改性活性炭负载纳米铁复合材料，也就是H-AC@Fe0/Fe2O3。与此同时，还对各类不同因素给H-AC@Fe0/Fe2O3降解罗丹明B染料所带来的影响展开探讨。具体的实验内容如下所示：将罗丹明B视作目标污染物，来对不同的催化剂、PMS的浓度、材料的投加量、罗丹明B一开始的浓度、反应时的温度、溶液最初的pH值等各类因素给H-AC@Fe0/Fe2O3所产生的影响展开探讨。运用甲醇以及叔丁醇针对反应进程里罗丹明B溶液当中的自由基予以猝灭处理，借此对在反应过程之中得以产生并且发挥相应作用的活性物展开探索。把H-AC@Fe0/Fe2O3运用到各种各样的染料当中，以此来对它在分解不同种类染料这件事情上的效能展开评估。2实验材料与方法2.1实验试剂与仪器在本次研究当中，所涉及的关键化学物质，还有与之对应的工具，其详细清单可查看表2-1以及表2-2。表2-1实验试剂序号名称化学式纯度厂家1盐酸HClAR成都金山化学试剂有限公司2硼氢化钾KBH4GR成都市科龙化工试剂厂3硫酸亚铁七水合物FeSO4·7H2O≧99.0%上海阿拉丁生化科技股份有限公司4过硫酸氢钾KHSO5≧42%上海阿拉丁生化科技股份有限公司5罗丹明BC28H31ClN2O3AR山东科源生化有限公司6活性炭C河南郑州7亚甲基蓝C16H18ClN3S≧98.5%成都市科隆化学品有限公司8甲基紫C24H28N3ClAR天津市大茂化学试剂厂8曙红YC20H6Br4Na2AR成都市科隆化学品有限公司9氢氧化钠（片状）NaOHAR成都市科隆化学品有限公司10甲醇CH3OHAR成都市科隆化学品有限公司11叔丁醇C4H10O≧99.0%山东科源生化有限公司表2-2实验仪器序号名称型号厂家1隔膜真空泵ZXWB-0.5A北京中兴伟业世纪仪器有限公司2真空干燥箱DZF-6050上海耀特仪器设备有限公司3电子天平FA2204上海浦春计量仪器有限公司4电热鼓风干燥箱HDX310上海耀特仪器设备有限公司5集热式恒温加热磁力搅拌器DF-101Z上海力辰邦西仪器科技有限公司6pH计PHS-3G上海仪电科技2.2实验方法2.2.1实验材料的制备盐酸改性活性炭的制备流程如下：先移取20.83mL的浓盐酸（其浓度为12mol/L），接着把它稀释成1mol/L的稀盐酸以作备用。随后称取0.3g活性炭放置到烧杯当中，再倒入30mL的1mol/L稀盐酸。把含有稀盐酸跟活性炭的复合物放进带有加热以及磁力搅拌功能的封闭式恒温设备当中，在温度达到30℃这样的环境条件下，让其持续不断地搅拌，时间长达6个小时。搅拌结束之后，借助带有隔膜的真空泵来对混合液体予以过滤，并且在过滤的这个过程里面，还用蒸馏水去冲洗个2到3次。将抽滤好的活性炭用电热鼓风干燥箱在60℃的温度下干燥3-4个小时，待干燥完成后取下并放置于密封干燥的条件下保存待用。该材料记为“H-AC”。改性活性炭负载纳米铁的制备：首先称取0.297g的七水硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）于烧杯中并加入20mL的蒸馏水进行搅拌将其全部溶解，然后称取0.14g的改性活性炭加入其中继续在集热式恒温加热磁力搅拌器中搅拌30min。随后称取0.3g的硼氢化钾（KBH4）并用20mL的蒸馏水进行溶解，逐滴滴加到上述的烧杯中，滴加完成后继续搅拌30min。最后在搅拌结束后用隔膜真空泵进行抽滤，把复合材料从溶液中分离出来，并用去离子水进行冲洗3次。抽滤完成后把复合材料放在真空干燥箱中在60℃的条件下进行真空干燥2-3小时。干燥结束后迅速的将复合材料从滤纸上取下，并将其研磨成粉末装瓶密封用于进一步的实验。该复合材料记为“H-AC@Fe0/Fe2O3”。2.2.2罗丹明B降解因素的研究（1）不同材料对罗丹明B的降解影响①称取0.01gH-AC@Fe0/Fe2O3于锥形瓶中，然后量取30mg/L的罗丹明B溶液50mL倒入上述于锥形瓶中，随后把材料用保鲜膜裹起来，放置到运用了集热技术的恒温磁力搅拌器当中去搅拌。接着，在5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟以及30分钟这些不同的时间节点上，分别去采集样本。从搅拌器里取出的样本，要经过直径是0.22um的滤膜来过滤一下，然后运用紫外可见分光光度计去测定样本的吸光度，同时把相关的数据给记录下来。每一组实验重复三次，取其平均值。②称取0.01gH-AC@Fe0/Fe2O3和0.0125g的过硫酸氢钾（PMS）于锥形瓶中，然后量取30mg/L的罗丹明B溶液50mL倒入上述锥形瓶中，随后重复步骤①的操作。③称取0.0125g的过硫酸氢钾（PMS），随后精准地对50ml浓度达到30mg/L的罗丹明B溶液完成了测量操作，而后把该溶液转移到事先已经准备妥当的锥形瓶当中，随后重复步骤①的操作。④称取0.0025gFe0/Fe2O3和0.0075gH-AC再加0.0125g的过硫酸氢钾（PMS），然后量取30mg/L的罗丹明B溶液50mL倒入上述锥形瓶中，随后重复步骤①的操作。（2）PMS浓度对罗丹明B的降解影响分别称取0、0.1、0.25、0.5和1g的过硫酸氢钾（PMS）置于5个锥形瓶中，随后，对5份H-AC@Fe0/Fe2O3分别开展了精确量取的操作，每份量取的重量为0.01克，接着再按顺序将它们逐一添加进前面所提到的圆底烧瓶当中。然后分别倒入30mg/L的罗丹明B溶液50mL，接着，把材料用保鲜膜裹起来，放置到带有集热功能的恒温磁力搅拌器当中，使其混合起来。接着，在经过5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟以及30分钟这些不同的时间节点之后，要分别去收集样本。所获取到的样本得用直径是0.22um的滤膜来进行过滤处理，在此之后，运用紫外可见分光光度计去测定样本的光吸收值，并且要把相关的数据仔细记录下来。每一组实验重复三次，取其平均值。（3）复合材料投加量对罗丹明B的降解影响分别称取0.005、0.01、0.02、0.03和0.04g的H-AC@Fe0/Fe2O3置于5个锥形瓶中，再称取5份0.005g的过硫酸氢钾（PMS）依次加入上述的5个锥形瓶中。然后分别倒入30mg/L的罗丹明B溶液50mL，接着，把材料用保鲜膜裹起来，放置到带有集热功能的恒温磁力搅拌器当中，让它们在此处相互混合。接着，在经过了5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟以及30分钟这些不同的时间节点之后，分别去收集样本。所获取到的样本要凭借直径是0.22um的滤膜来完成过滤的操作，在此之后，运用紫外可见分光光度计去测定样本的光吸收值，并且把与之相关的数据都一一记录下来。每一组实验重复3次，取其平均值。（4）不同初始浓度对罗丹明B的降解影响首先配置10、20、30、40和50mg/L的罗丹明B溶液，随后，逐一精确量取出了五份H-AC@Fe0/Fe2O3，每份的量均为0.01克，接着按顺序将它们添加到前面所提到的圆底烧瓶当中，再将5份重量为0.0125g的PMS分别添加至各个锥形瓶中。然后分别倒入50mL配置好的不同浓度的罗丹明B溶液。接着，把材料用保鲜膜裹起来，放置到带有集热功能的恒温磁力搅拌器当中，使其完成混合这一操作流程。接着，在经过了5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟以及30分钟这些不同的时间节点之后，分别去收集相应的样本。所获取到的样本得经由直径是0.22um的滤膜来加以过滤处理，在此之后，运用紫外可见分光光度计去测定其光吸收值，同时把相关的数据一一记录下来。每一组实验重复三次，取其平均值。（5）不同温度对罗丹明B的降解影响分别称取5份0.01gH-AC@Fe0/Fe2O3的放置于5个锥形瓶，再称取5份0.0125g的过硫酸氢钾（PMS）依次加入到上述的5个锥形瓶中。然后分别倒入30mg/L的罗丹明B溶液50mL。接着，随后把材料用保鲜膜裹起来，放置到带有集热功能的恒温磁力搅拌器当中来完成混合这一操作。随后，在温度为5、15、30、45和60℃，并在5、10、15、20、25和30min取样，所获取到的样本务必要经由直径是0.22um的滤膜来实施过滤操作，在此之后，运用紫外可见分光光度计去测定该样本的光吸收值，同时把相关的数据仔细记录下来。每一组实验重复三次，取其平均值。（6）不同pH对罗丹明B的降解影响称取0.003g的罗丹明B将其配置成30mg/L的溶液，并分别量取5份50mL放于5个锥形瓶中，在把pH计校准后，依次把量取的5份罗丹明B溶液的pH调节为3.05、5.09、7.10、9.02和11.08，再称取5份0.01gH-AC@Fe0/Fe2O3和5份0.0125g的过硫酸氢钾依次放入到装有调节好pH溶液的锥形瓶中。接着，把材料用保鲜膜包起来，然后放置到带有集热功能的恒温磁力搅拌器当中，让它们在里面混合起来，这个时候要把温度设置成30℃。之后，在过了5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟以及30分钟这些时间节点的时候，分别去收集样本。收集到的样本得用直径是0.22um的滤膜来过滤一下，过滤完了之后，再运用紫外可见分光光度计去测定这些样本的光吸收值，并且要把相关的数据都记录下来，取其平均值。（7）H-AC@Fe0/Fe2O3对不同染料的降解效果分别称取0.003g的亚甲基蓝、0.003g的刚果红、0.003g的甲基紫、0.003g的曙红Y、0.003g的罗丹明B，将它们配置成30mg/L的溶液。再分别称取5份0.01gH-AC@Fe0/Fe2O3放置于5个锥形瓶中，再分别称取5份0.0125g过硫酸氢钾（PMS）依次加入到上述的锥形瓶中。然后分别倒入50mL上述配置好的溶液。接着，把材料用保鲜膜裹好，放在带有集热功能的恒温磁力搅拌器当中来混合，在此过程中，要把温度设置成30℃。之后，在5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟以及30分钟这些时间节点上分别去收集样本。所获取到的样本得用直径是0.22um的滤膜来过滤一下，随后再运用紫外可见分光光度计去测定它的光吸收值，并记录数据，每一组实验重复三次，取其平均值。（8）自由基猝灭控制PMS与甲醇的摩尔比为1：500，和叔丁醇的比为1：100，取上文提及的那种溶液，其制备比例保持不变，量取100mL该溶液中的50mL，随后将这量取好的50mL溶液放置到锥形瓶里面。再称量两份0.01gH-AC@Fe0/Fe2O3和0.0125g的PMS分别加入到上述锥形瓶中。把材料用保鲜膜裹起来，放置到带有集热功能的恒温磁力搅拌器当中，让它们在里面混合起来，这时候要把温度调到30℃。接着，在过了5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟以及30分钟这些时间节点的时候，分别去收集样本。所获取到的样本得用直径是0.22um的滤膜来过滤一下，然后再运用紫外可见分光光度计去测定这些样本的光吸收值，并记录数据，每一组实验重复三次，取其平均值。2.3分析测试方法2.3.1罗丹明B降解测试方法本实验在测定罗丹明B的降解率时，使用紫外可见分光光度计来测定其的吸光度进而确定其浓度，测定波长为554nm。分别测定在加入复合材料（H-AC@Fe0/Fe2O3）前后的吸光度来确定溶液中罗丹明B的浓度，接着，我们根据公式（1）来评估罗丹明B的分解比例:R(%)=C0−C在所说的那个公式当中，R所标记的是罗丹明B的分解比率情况，C₀所代表的是罗丹明B一开始的浓度状况，至于Cₜ，它表示的则是在特定的时间点t这一刻，罗丹明B所具有的浓度值。2.3.2标准曲线的绘制精确地量取出0.006克罗丹明B，然后把它放置在烧杯当中。接着，往烧杯里加入大概20毫升的水，目的是促使其能够更好地溶解。之后，再将这一已经溶解了罗丹明B的溶液转移到200毫升的容量瓶里，并且完成定容的操作，如此便制成了浓度为50毫升每克的罗丹明B溶液。随后，运用移液器把制备好的溶液依次分别吸取0毫升、1毫升、2毫升、3毫升、4毫升、5毫升以及6毫升，再将吸取出来的这些不同体积的溶液分别注入到事先已经准备好的每一支体积为10毫升的比色管之中，加水至比色管10mL刻度线，将罗丹明B溶液分别配置成浓度为0毫克每升、5毫克每升、10毫克每升、15毫克每升、20毫克每升、25毫克每升以及30毫克每升的不同浓度状态。用紫外可见分光光度计在554nm下测定吸光度，记录数据，画出其标准曲线图如图2.1。如图所示该标准曲线的横轴表示浓度（mg/L）纵轴表示吸光度（A）通过拟合直线可表明吸光度与浓度之间有一定的线性关系。该公式所呈现的乃是y和x两者之间存在的关系，其具体表达式为y=0.00289x+0.00132，与此同时，其R2的值达到了0.99908，此数值已然十分接近1这个标准值了，这也就充分显示出该模型在针对变量间关联性展开预测或者进行解释等相关方面，有着极为出色的表现情况。图2.1罗丹明B标准曲线图3结果与讨论3.1不同催化剂对罗丹明B的降解效果的影响图3.1呈现的是各类不同的催化剂给罗丹明B降解率所带来的影响情况。从图中能够看出，当在溶液当中添加H-AC@Fe0/Fe2O3以及PMS的时候，所取得的效果是最为理想的。相较于其他的一些情况而言，它的反应速率可以说是最快的。在历经30分钟的反应进程之后，罗丹明B的降解程度是颇为显著的，其转化程度已然达到了95.36%，展现出了最高的分解效率。当在溶液中加入纯Fe+H-AC+PMS的时候，同样也有着比较不错的效果，在经过30分钟的反应之后，罗丹明B的降解率能够达到71.13%。要是在溶液中仅仅添加PMS的话，那么在经过30分钟的反应之后，罗丹明B的降解率则为43.3%。而倘若只是在溶液中加入Fe0/Fe2O3，那么罗丹明B的降解速率就会很慢，最终其降解率仅仅只有37.11%。出现这种情况，很可能是因为当只加入单一的材料时，材料自身对于罗丹明B的降解作用是比较有限的，或许仅仅只有吸附方面的效果。然而当加入纯Fe+H-AC+PMS以及H-AC@Fe0/Fe2O3加PMS的时候，是能够让PMS活化从而产生出活性物的，这样便可以提高降解率。不过，后面这种情况的活化效果要优于前面那种情况，能够产生出更多的活性物，所以其降解效果也就更好。基于此，便选择了H-AC@Fe0/Fe2O3作为最佳的催化剂。图3.1不同催化剂对罗丹明B的降解影响3.2PMS投加量对罗丹明B的降解效果的影响图3.2呈现出了关于探究不一样剂量的PMS针对罗丹明B染料降解效率所产生影响的相关研究成果。从图表所给出的数据当中能够看出，在PMS剂量分别处于0、0.1以及0.25g/L这样的条件之下，罗丹明B的降解比例会随着其自身浓度的逐步增加而出现提升的情况。当经过了30分钟的反应之后，与之相对应的降解率依次达到了26.80%、90.78%以及95.36%。不过，当把PMS的剂量进一步提升到0.5克/升以及1克/升的时候，罗丹明B的降解效率却呈现出了下降的这么一种趋势，在这个时候所对应的30分钟降解率也就分别降低到了91.75%和80.32%。这一实际情况清晰地揭示出了随着PMS剂量不断地增加，它对于罗丹明B的降解效果其实是呈现出了较为复杂的变化规律的，活化PMS产生的自由基也会增多，从而加快罗丹明B的降解速率和降解率；但是PMS浓度过大罗丹明B的降解率降低这可能是PMS产生的自由基发生了自我猝灭REF_Ref24689\r\h[24,REF_Ref24696\r\h25]，使得反应过程中的自由基含量下降，从而使罗丹明B的降解率下降。因此选择0.25g/L的作为最佳浓度作为接下来的降解条件。图3.2PMS浓度对罗丹明B降解的影响3.3H-AC@Fe0/Fe2O3投加量对罗丹明B的降解效果的影响REF_Ref25075\r\hREF_Ref25123\r\h图3.3展示的是H-AC@Fe0/Fe2O3材料投加量给罗丹明B降解效果带来的影响情况。从图中能够看出，伴随着复合材料投加量持续地增多，罗丹明B的降解效率相应地也在不断提高。当把H-AC@Fe0/Fe2O3添加到溶液里，且将其浓度设定成0.2g/L的时候，罗丹明B的去除效率达到了峰值，达到了90.78%这样的数值。出现这一情况，也许是因为随着添加量一点点提升，能够给出更多的吸附点位[26]，并且有可能有效地推动PMS活化，从而产生更多的活性物[27]，最终使得降解效果得以提升。接着持续增加H-AC@Fe0/Fe2O3的使用量，会发现罗丹明B的降解率并没有出现显著的变化。在H-AC@Fe0/Fe2O3的增加量分别达到0.4、0.6和0.8g/L的时候，罗丹明B最终的降解率依次为85.92%、86.41%和87.38%。所以，从节省材料的层面来考虑，后续的实验就选用0.2g/L当作最佳投加量。图3.3材料投加量对罗丹明B的降解影响3.4不同浓度罗丹明B的降解效果的影响图3.4为H-AC@Fe0/Fe2O3对不同罗丹明B浓度对降解率的影响。从图表能够看出，当把罗丹明B的浓度设定成10mg/L的时候，是可以达成完全降解的状况的，也就是能实现百分之百的降解效果。而要是将其浓度提升到20mg/L的话，那么它的降解率便达到了96.88%。之所以会出现这样的现象，主要是因为罗丹明B一开始的浓度相对较小时，H-AC@Fe0/Fe2O3上有足够的吸附点位，可以有效活化PMS，从而产生大量的活性物来降解罗丹明B。当浓度分别达到30毫克每升、40毫克每升以及50毫克每升之时，罗丹明B的降解率随着罗丹明B溶液浓度的不断增大在逐渐下降，降解率分别为95.36%、73.96%和47.97%，这可能是由于活性物的的数量有限，以及在较高浓度下产生较多的中间产物产生竞争效应REF_Ref25332\r\h[28]。因为30mg/L的罗丹明B溶液也有着较高的降解率，且为考虑实验方便所以选择了30mg/L作为最佳浓度。图3.4不同初始浓度对罗丹明B的降解影响3.5不同温度对罗丹明B的降解效果的影响图3.5呈现的是反应温度给罗丹明B降解率带来的影响情况。从图表能看出，温度一旦提升，罗丹明B的降解速率便会增加。当把反应温度分别设成5℃的时候，其降解比例达到了91.57%；设为15℃时，降解比例是91.74%；设成30℃时，降解比例为97.71%；设为45℃时，降解比例为97.25%；而设成60℃时，降解比例则为96.33%。出现这种情况，或许是因为升高温度能够加快PMS分子和H-AC@Fe0/Fe2O3材料相互碰撞的机会[29]，如此一来，便能在短时间内生成更多的活性自由基，进而加快了罗丹明B的降解进程。当温度处于30℃的时候，它和45℃、60℃时的降解率并没有太大的差别。不过能够明显察觉到，升高温度之后，降解达到平衡所需的时间显著缩短了[30]。所以，虽说温度升高能加快降解效率，但从经济层面来考量的话，把实验温度设定在30℃是最为合适的。图3.5不同温度对罗丹明B的降解影响3.6不同pH对罗丹明B降解效果的影响图3.6展示出了pH值给罗丹明B降解效率所带来的影响情况。从图表呈现的内容能够看到，伴随着pH值不断地往上提升，罗丹明B溶液的降解效率逐步呈现出一种下降的态势。当pH值升高到3.05这个数值的时候，它的降解效率居然可以达到高达98.24%这样的一个高点。出现这种情况，或许是因为处在较为强烈的酸性环境之下的缘故，起到主要作用的是硫酸根自由基（SO4·-）REF_Ref25747\r\h[31]，所以对罗丹明B的降解成效颇为显著，然而随着pH值慢慢地变大，体系当中的·OH的数量也在缓缓地增多，并且SO4·-的氧化能力要远远高于·OH，故而罗丹明B的降解效率便会出现下降的情况。特别是当pH值为11的时候，·OH占据了主导地位，此时的降解率仅为27.73%。由此可见，和酸性条件相比较而言，碱性条件下的降解率是会更低一些的。图3.6不同pH对罗丹明B降解的影响3.7H-AC@Fe0/Fe2O3对不同染料的降解效果由图3.7可知，H-AC@Fe0/Fe2O3材料对亚甲基蓝、刚果红、甲基紫、曙红Y和罗丹明B的降解率都较高，其降解率分别呈现为93.56%、98.65%、92.15%、99.15%以及97.71%的情况，其间所存在的差异仍旧较为明显，这可能是这可能是由于染料的种类不同，它们的性质和结构不同而导致PMS活化产生的活性物对染料的选择性也不同，H-AC@Fe0/Fe2O3材料对各种染料的吸附程度也不同，从而造成降解效果略有差异。虽略有差异但降解效果还是较为明显，由此可知该材料对染料废水的选择性很低，因此，可适用于含多种染料污染的废水治理。图3.7H-AC@Fe0/Fe2O3对不同染料的降解效果3.8自由基猝灭对降解效果的影响图3.8是PMS自由基猝灭对罗丹明B降解率的影响。加入甲醇可以猝灭反应过程中产生的SO4·-和·OH，而叔丁醇可以猝灭·OHREF_Ref25862\r\h[32]。由图可知，当溶液中不添加甲醇和叔丁醇时，降解率较高，达到97.71%；而加了甲醇和叔丁醇的降解率有明显下降。当溶液中只添加叔丁醇时，罗丹明B的降解率为85.59%；在溶液所含的液体单单只是甲醇的这种情形之下，彼时罗丹明B所呈现出来的降解率具体数值能够达到73.94%。由此便能够察觉到，SO4·-对罗丹明B的降解率为12.12%，·OH对罗丹明B的降解率为11.65%。因此在H-AC@Fe0/Fe2O3降解罗丹明B溶液的过程中SO4·-和·OH都具有促进降解的作用，但是SO4·-起主导作用。图3.8自由基猝灭对罗丹明B降解效果的影响3.9本章小结本章探究不同催化剂投加，PMS浓度，H-AC@Fe0/Fe2O3投加量，在对罗丹明B降解过程展开探讨之时，我们着重关注了罗丹明B的反应温度情况、其初始浓度状况、溶液初始的pH值情形，还有自由基猝灭所产生的影响等方面。并且为此设定了一系列的相关参数，目的在于仔细观察这些因素各自对降解效果所能够做出的贡献。研究的主要发现包括：（1）当H-AC@Fe0/Fe2O3的使用量达到0.2g/L，与此同时PMS的含量为0.25g/L的情况下，其针对罗丹明B所展现出来的降解效果就变得更为突出了，这种效果要比单独一种材料以及单一材料所组成的混合材料的降解效果都要好。（2）就罗丹明B而言，其降解率会随着自身浓度不断增大而渐渐变小，与此同时，随着温度逐步升高，它的降解速率则会呈现出一种逐渐上升的态势。甲醇以及叔丁醇这两种物质，它们对于PMS产生自由基的过程均有着猝灭的效果，而在这当中，SO4·-所起到的是主导性的作用。（3）该材料对于罗丹明B具备降解的效果，与此同时，其对于其他的一些染料同样有着较为不错的降解成效。并且该材料对废水的选择性不强，鉴于此，它能够被应用到含有多种染料的废水处理事宜当中。（4）溶液的pH值对实验结果有着明显的影响作用，在酸性的环境条件之下，其对于罗丹明B的降解效率要明显比在碱性环境当中更为出色。4结论在本次实验当中，运用盐酸对活性炭予以浸渍处理，同时负载Fe0/Fe2O3，进而制备出了复合材料H-AC@Fe0/Fe2O3。全面且细致地对诸多不同情况展开了探究，比如不同催化剂的投加状况，PMS以及H-AC@Fe0/Fe2O3在含量方面存在的差异，罗丹明B所涉及的当前反应温度、一开始的初始浓度，还有反应过程中的温度、最初的pH值等情况，以及所采用的自由基淬灭实验条件等，去观察这些因素对其最终的讲解效果会引发怎样的改变。通过运用紫外分光光度法来对罗丹明B在降解前后的吸光度加以测量，以此明确其降解效果，最终得出了如下的相关结论：不同实验条件究竟怎样优化会对罗丹明B的降解效果产生影响，在材料选取方面，H-AC@Fe0/Fe2O3这种材料对于罗丹明B的降解效果是最为出色的。就PMS浓度而言，它对罗丹明B降解所产生的影响呈现出先升高然后再下降的态势；而H-AC@Fe0/Fe2O3材料的投加量，其对罗丹明B降解效果是先呈现上升的情况，之后便趋于平衡状态了。罗丹明B的初始浓度以及pH值这两个因素，它们对罗丹明B降解效果的影响总体上呈现出下降的趋势，随着浓度的逐步提升以及pH值的不断提高，罗丹明B的降解效率也相应地呈现出下降的趋势。与之相反的是，温度和罗丹明B的降解效果之间存在着一种直接的正向关联关系，也就是说温度越高的话，那么罗丹明B的降解效果就会越发的好。自由基猝灭这件事给其降解带来了一定影响，具体表现为甲醇以及叔丁醇在实验过程中对于所产生的自由基均能起到猝灭的效果，而在这当中，起到主要作用的自由基是SO4-·。H-AC@Fe0/Fe2O3材料给不同染料的降解效果带来了影响，就拿罗丹明B、亚甲基蓝、刚果红、曙红Y以及甲基紫这些染料来说，H-AC@Fe0/Fe2O3材料对它们都有着比较不错的降解效果。【参考文献】龚程.铁钴水滑石活化过一硫酸盐降解罗丹明B的研究[D].湖南大学,2017.陈徐庆.基于真空紫外光催化氧化体系降解有机染料废水研究[D].安徽建筑大学,2024.LeeMK,LaiWC,NgaiSK,etal.Recentdevelopmentsofzincoxidebasedp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