Fe掺杂生物炭活化PMS对亚甲基蓝

绪论1.1亚甲基蓝的概述近些年来，印染行业随经济快速发展，合成染料在人类生活中发挥着重要的作用。然而，由于染料的大规模使用，产生的大量亚甲基蓝废水的处理成为了新的难题REF_Ref12838\r\h[1]。亚甲基蓝是一种碱性染料，在医学和生物以及化学领域中被广泛使用,例如，作为解毒剂治疗亚硝酸盐中毒和氰化物中毒，将人体中的高铁血红蛋白还原为正常的血红蛋白，也可以作为辅助药物治疗疟疾；在生物领域中，亚甲基蓝可用于细胞染色，例如，与DNA/RNA结合，用于显微镜下观察细胞结构，或者用于简单染色法或革兰氏染色的复染步骤；在化学领域中，亚甲基蓝可作为化学分析的指示剂，如测定维生素C的含量等，或者在纺织和纸张行业作为示踪剂检测液体的流动REF_Ref13472\r\h[2]。除此之外，亚甲基蓝作为一种常见的工业染料，可用于纸张，蚕丝和棉纺织品等的染色，或者作为消毒剂，预防水产养殖中由细菌和寄生虫引发的疾病REF_Ref13517\r\h[3]。1.1.1亚甲基蓝废水的来源近些年，亚甲基蓝废水的污染已经成为世界关注的共同话题。许多行业排放亚甲基蓝废水的规模越来越大，由于合成染料的复杂性导致处理起来愈加困难。因此，保护水资源成为全世界共同需要解决的问题REF_Ref13556\r\h[4]。通过有效方法对亚甲基蓝废水进行去污也就受到了越来越多的关注,。随着近代科技的发展，许多产业迅速崛起，其中就包括印染工业。印染工业作为我国轻工业的一种，人们的生活已经离不开印染工业，因此印染工业的生产规模是十分庞大的。由于染料类型的多样性，造成大量染料的使用产生的许多复杂的废水难以被及时处理，而近年来，地表水的检测中最主要的污染废水之一就是亚甲基蓝废水，对我国水资源以及生物资源等产生了严重的危害REF_Ref13599\r\h[5]。亚甲基蓝废水中的化学组分来源十分广泛，主要来源于化纤物料、纺纱用浆料、化学药剂、洗染污水、后梳理污水等，这种工业废水具备成分复杂、污染残留、稳定性高、毒性强以及色度极高等显著特征，是一种难以被简单处理的工业废水REF_Ref13635\r\h[6]。而在生产方面，亚甲基蓝染料主要通过实验室制备和工业生产两个途径，通过严格控制反应条件，制备出特定性质和纯度的亚甲基蓝，应用于人们日常生活的各个领域。1.1.2亚甲基蓝的危害亚甲基蓝废水按源头分可分为医疗、纺织、造纸、电镀和生物废水。近年以来，由于我国印染行业的迅速发展和纺织品的大规模进出口，导致了大量难降解、稳定性强、色度高、pH值变化幅度大的亚甲基蓝废水排入人们生活所需的水环境和土壤中，对水资源和土地资源等造成了严重的环境污染REF_Ref13674\r\h[7]。亚甲基蓝的主要成分是难降解、毒性大的芳香族化合物，酚类化合物，对生物和环境的具有毒害性REF_Ref13703\r\h[8]。传统处理废水的工艺已经难以处理众多复杂的亚甲基蓝废水，因此，分析亚甲基蓝染料的毒害性并选择高效的处理工艺已成为人们目前最需要解决的问题REF_Ref13739\r\h[9]。含有亚甲基蓝的废水，不仅会造成动植物死亡、水体氧含量降低、土壤吸附残留、生物积累等，还会对所有生物所生活的环境造成严重的破坏。与此同时，亚甲基蓝可被人体直接或间接吸收，人体吸收含有亚甲基蓝的废水之后会造成皮肤刺激、影响呼吸系统、破坏人体器官，严重时甚至导致中毒、致癌、组织坏死、休克等症状，严重威胁人类的健康REF_Ref13775\r\h[10]。将亚甲基蓝废水直接排放到环境中会对生物体造成损害，会影响到患者的呼吸系统，呼吸黏膜受损，从而导致剧烈咳嗽，患者可能会无法呼吸，还有可能出现过敏性反应REF_Ref13801\r\h[11]。亚甲基蓝染料，在自然水体中难以被完全降解，部分染料即使浓度很低，也可以使水体出现不正常的颜色，从而影响水生生物的正常活动，干扰植物正常进行光合作用REF_Ref13831\r\h[12]。而许多从印染工业中排放的亚甲基蓝废水对环境和生物有害，因此，不能直接把污染的亚甲基蓝废水排出，在排出前要对废水进行处理，降低水中的污染物质和毒性，从而减少对生态环境的破坏，提前制定预防措施就显得很有必要，处理难以降解的亚甲基蓝废水，减小给环境带来的压力REF_Ref13863\r\h[13]。1.1.3亚甲基蓝的治理方法近年以来，人们对降解亚甲基蓝废水展开了大量的研究，当前可以降解亚甲基蓝废水的方法有多种，如，生物法、化学法、物理法REF_Ref13896\r\h[14]。其中，物理法降解亚甲基蓝废水主要是通过物理手段，如吸附法、超声降解、电絮凝法等，降解废水中的染料，例如研究者何耀升利用传统的活性炭吸附法提出了准二级动力学模型，广泛用于解决亚甲基蓝在活性炭上的吸附行为，优化了亚甲基蓝的降解效率REF_Ref13925\r\h[15]。化学法降解亚甲基蓝主要是通过各化学反应破坏亚甲基蓝的共轭结构和苯环，利用自由基攻击（·OH、SO₄⁻·），破坏染料，使其分解为如酸、醛等小分子有机物或者无机离子，例如C.Liang提出利用Co²⁺/PMS体系（生成SO₄⁻·）高效降解亚甲基蓝等，高效降解废水中的亚甲基蓝染料REF_Ref13958\r\h[16]。而生物法主要是通过微生物的代谢、酶催化或植物的吸收作用来实现亚甲基蓝的降解，其优点是成本低、环境友好、生态兼容性强，但由于微生物或植物生长周期长、稳定性差、占地大等因素，导致其对亚甲基蓝的降解效率低。而吸附法作为一种物理处理方法，通过选择目标染料的吸附剂，常与化学法结合使用，探索可行性的污染处理方法，降低污染水体中的污染物质，强化吸附能力，并从整体上降低成本，兼顾经济效益和环境效益，提高废水排放的安全性。选择使用的吸附剂不同，最终达成的吸附效果也不同，能够提高对亚甲基蓝废水的降解效果。所选用的吸附剂通常具有比表面积大和孔隙结构多样化等特点，以便为亚甲基蓝废水中的染料提供更多的附着点。使用吸附法来吸附毒性物质，可使用的材料有活性炭、树脂等，在实际吸附处理的过程中，可能发生化学反应或者物理反应，以此来改变污水成分，减轻毒性，进而降解亚甲基蓝废水中的染料REF_Ref13994\r\h[17]。1.2生物炭的改性方法生物炭是一种由生物质在缺氧或限氧条件下通过热解过程制成的生物炭，它具有多孔结构和高稳定性以及优异的表面性质，广泛应用于土壤改良、碳封存、废水处理等领域。生物炭具有稳定的物理和化学性能、吸附性能、农业性能、能源性能以及优越的环境特性。生物炭的功能化表面在吸附中也起到了重要的作用REF_Ref14027\r\h[18]。借助活性炭来改变属性，涉及到不同的改性方法，酸改性就是其中的一种，此方法是利用酸性材料让生物炭结构发生改变，着重体现在孔隙、比表面积以及官能团等方面。碱改性主要是利用碱性物质增加生物炭表面碱性官能团和孔隙结构REF_Ref14102\r\h[19]。生物炭的酸碱改性在环境能源方面得到广泛应用，如利用酸改性生物炭在流动系统中仍能有效保留磺胺类抗生素（如SMZ、SPD），抑制农业废水中的抗生素扩散。但由于酸碱改性生物炭的成本和能耗较高，酸碱改性生物炭的应用仍需改进优化，具有一定的局限性REF_Ref14151\r\h[20]。生物改性主要是利用微生物降解表面有机物，增加活性位点。例如，将反硝化细菌负载到生物炭上，处理农业径流中的硝酸盐等，在环境修复和农业中的潜力巨大，但改性过程耗时较长，生物活性维持具有一定的挑战性REF_Ref14177\r\h[21]。复合改性所使用的材料较为复杂，可以获得更好的改性效果。因为粉末生物炭分离回收难度较大，因此，选择金属负载改性方式更为合理，能够有效改善生物炭的磁性，方便分离再生REF_Ref14206\r\h[22]。此种方法在具体应用过程中，把铁、锰、铜等过渡金属与生物炭接触，以增强其物理化学性质的技术REF_Ref14236\r\h[23]。例如，利用铁锰改性生物炭修复稻田中汞镉复合污染，降低稻米中重金属含量，显著提升环境修复效率，能够低成本、规模化的应用REF_Ref14272\r\h[24]。1.3过硫酸盐活化技术过硫酸盐活化技术是高级氧化技术中的一项技术，此技术可以充分发挥先进技术的优势，来获取强氧性的自由基，这些自由基再与污染物反应，达到污染物质降解的目的，从而减少对生态环境的破坏REF_Ref14308\r\h[25]。高级氧化技术最早被Glaze等人提到，是一项通过利用一定方法或手段活化过氧化氢降解有机污染物的技术REF_Ref14337\r\h[26]。而高级氧化法中的过硫酸盐活化技术，因其高效降解、适用范围广、反应条件温和等特点在水处理领域广泛使用REF_Ref14366\r\h[27]。当过硫酸盐作为氧化剂时，反应速度不快，当硫酸盐阴离子的活性变强，自由基的性质就会发生变化，对污染物质的降解能力变强。可以使用不同的方式来增强硫酸盐的活化效果，如利用碳材料、热、碱、电化学和生物活化REF_Ref14396\r\h[28]。例如，对于含有铬、铅等重金属的污染水体，利用过硫酸盐活化技术可以促进重金属的溶解和迁移，改变重金属的价态和化学形态，提高重金属的降解效率REF_Ref14419\r\h[29]。目前的研究中，常见的PDS包括过硫酸钠盐、钾盐和铵盐，其中，由于过硫酸钾的强氧化性，稳定性和经济性等优点，常作为PDS被应用在各处理工艺中REF_Ref14445\r\h[30]。但是，在利用过硫酸盐活化技术处理污染物时，会产生一些副产物，降低处理效率，增加处理过程的复杂性，并对特定污染物处理能力有限，需结合其他技术进行全面处理REF_Ref14471\r\h[31]。在过去的几十年中，过硫酸盐活化技术经常与其他技术结合，例如过硫酸盐活化技术常常结合生物炭吸附法治理亚甲基蓝废水等，用于治理印染等行业导致的水环境污染，有效的降解了亚甲基蓝废水中的染料，由于其高效性和环境安全性，得到了广泛的认可REF_Ref14494\r\h[32]。1.4研究目的与意义和研究内容1.4.1研究目的与意义目前亚甲基蓝废水导致的水环境问题正在日益加重，受污染的水域已经对人类和环境造成了严重的影响,这需要我们通过运用更有效地工艺处理大排量的亚甲基蓝废水。然而,通常用于亚甲基蓝废水处理的各种化学和处理物理阶段成本较高,效率较低,耗时较长，因此，寻找更高效合理的处理工艺已成为我们迫在眉睫需要解决的问题。而通过利用化学法中过硫酸盐高级氧化技术结合改性生物炭吸附降解亚甲基蓝是一种高效、低成本的协同技术，通过生物炭的吸附富集与过硫酸盐活化的自由基降解实现亚甲基蓝的高效降解，因此，物理-化学联合降解亚甲基蓝的意义不仅体现在技术性能的提升上，更在于其环境友好性、经济可行性和社会可持续性，是未来水处理的重要发展方向。1.4.2研究内容本实验以生物炭为原材料，利用铁离子浸渍，在高温煅烧下合成铁改性生物炭复合材料，并探讨不同因素对改性生物炭降解亚甲基蓝染料的影响，具体的实验内容如下：（1）以亚甲基蓝为目标污染物，探讨不同材料、PMS投加量、材料投加量、亚甲基蓝浓度、溶液初始pH、反应温度等因素对Fe改性后生物炭降解亚甲基蓝染料的影响；（2）利用甲醇和叔丁醇来对亚甲基蓝溶液中的自由基进行猝灭，探索反应过程中产生并发挥作用的活性物质；（3）将所制备Fe改性生物炭复合材料应用于不同染料溶液中，衡量此材料的降解功能。2实验材料和实验方法2.1实验试剂和仪器下表2-1和2-1主要反映的是实验过程中使用到的试剂和仪器。表2-1实验试剂序号试剂名称化学式纯度厂家1生物炭Biochar0.5-1mm南京智融联科技股份有限公司2氯化铁·六水合物FeCl3·6H2O99%上海麦克林生化科技股份有限公司3亚甲基蓝 C16H18N3ClS98.5%成都市科隆化学品有限公司4过硫酸氢钾KHSO5≥42%上海阿拉丁生化科技股份有限公司5刚果红C32H22N6Na2O6S2AR上海化学试剂分装厂6甲基紫C24H28N3ClAR天津市大茂化学试剂厂7曙红YC20H6Br4Na2O5AR成都市科隆化学品有限公司8罗丹明BC28H31ClN2O3AR山东科源生化有限公司9盐酸HClAR成都金山化学试剂有限公司10氢氧化钠NaOHAR成都市科隆化学品有限公司11甲醇CH3OHAR成都市科隆化学品有限公司12叔丁醇C4H10O≥99.0%山东科源生化有限公司表2-2实验仪器序号仪器名称型号厂家1集热式恒温磁力搅拌器DF=101Z上海力辰邦西仪器科技有限公司2紫外分光光度计V-1800型翱艺仪器（上海）有限公司3电子天平FA2204上海浦春计量仪器有限公司4pH计PHS-3G上海仪电科仪5隔膜真空泵ZXWB-05A北京中兴伟业世纪仪器有限公司6电热鼓风干燥箱DHG-9240A上海耀特仪器设备有限公司7马弗炉HDX310洛阳宏达炉业有限公司2.2实验方法2.2.1材料的制备首先，借助天平精准称取FeCl3·6H2O，质量是18.927g，并使其放入到容积为250mL的烧杯中，接着再倒入去离子水，容量是100mL，并利用搅拌棒搅拌，直到固体材料完全溶解。再称取0.5g生物炭材料放入配置好的FeCl3·6H2O溶液的烧杯中，用玻璃棒搅拌使生物炭材料浸没与FeCl3·6H2O溶液中。将装有FeCl3·6H2O和生物炭材料溶液的烧杯放入水浴锅中用搅拌子搅拌，反应温度恒定为80℃。搅拌时间为2h。搅拌完成后，将装有FeCl3·6H2O和生物炭反应后混合溶液从水浴锅中取出，取出搅拌子，并用抽滤机进行抽滤，将抽滤的FeCl3/生物炭材料放入干燥箱内烘干。烘干处理后，需要把材料放置到坩埚中，接着放入到马弗炉中，调节温度等相关参数，确保达到良好的煅烧效果，反应时间持续2h。煅烧完成后，取出煅烧后的FeCl3/生物炭材料，记为“Fe/BC”，留存备用。未改性的生物炭记为“BC”2.2.2亚甲基蓝降解影响因素的探究(1)材料的对比分别称取0.02gBC材料、0.05g的过硫酸氢钾、0.02gBC材料和0.05g的过硫酸氢钾、0.02g的Fe/BC材料、0.02g的Fe/BC材料和0.05g的过硫酸氢钾置于5个150ml锥形瓶中，再用量筒准确量取50ml配置好的的亚甲基蓝溶液加入上述各锥形瓶中，放入搅拌子并用保鲜膜密封，接着使用恒温加热磁力搅拌器进行搅拌处理，温度控制在30℃，接着在搅拌时间分别为5、10、20、30、40、50和60min的时候，获取对应的样本，并用0.22μm的滤头过滤。过滤处理之后，还需要测量亚甲基蓝的吸光度，做好数据的统计工作，每组样品都需要测量2次，取均值作为最终的测量结果。(2)不同PMS的投加量对亚甲基蓝降解效果分别称取0.0、0.2、0.5、1.0和1.5g/L的过硫酸氢钾于5个150mL的锥形瓶中，再称取Fe/BC材料0.02g分别加入锥形瓶中，分别称取亚甲基蓝0.003g配置成30mg/L并用量筒准确量取50mL加入上述锥形瓶中，记录亚甲基蓝浓度。使用保鲜膜进行密封处理，接着使用恒温加热磁力搅拌器进行搅拌，温度调节成30℃。在搅拌时间分别为5、10、20、30、40、50和60min的时候，获取对应的样本，并进行过滤处理，还需要测量亚甲基蓝的吸光度，做好数据的统计工作，每组样品都需要测量2次，取均值作为最终的测量结果。(3)不同Fe/BC投加量对亚甲基蓝降解效果分别用天平准确称取0.7mol/LFe/BC材料0.01、0.02、0.03、0.04和0.05g（0.2、0.4、0.6、0.8和1.0g/L）于5个150ml锥形瓶中，再分别加入0.05g的过硫酸氢钾，精准量取50mL的亚甲基蓝溶液（初始浓度是30mg/L）放入到锥形瓶之中，使用保鲜膜进行密封处理，接着使用恒温加热磁力搅拌器进行搅拌，温度调节成30℃。在搅拌时间分别为5、10、20、30、40、50和60min的时候，获取对应的样本，并进行过滤处理，还需要测量亚甲基蓝的吸光度，做好数据的统计工作，每组样品都需要测量2次，取均值作为最终的测量结果。(4)不同浓度亚甲基蓝降解效果分别用量筒准确量取10、30、50、75和100mg/L的亚甲基蓝溶液各50ml于五个150mL的锥形瓶中，再分别将1.0g/L的过硫酸氢钾加入各锥形瓶中，再分别称取0.7mol/L的Fe/BC材料0.02g加入上述锥形瓶中，记录亚甲基蓝浓度。放入搅拌子并用保鲜膜密封，接着使用恒温加热磁力搅拌器进行搅拌，温度调节成30℃。在搅拌时间分别为5、10、20、30、40、50、60min的时候，获取对应的样本，并进行过滤处理，还需要测量亚甲基蓝的吸光度，做好数据的统计工作，每组样品都需要测量2次，取均值作为最终的测量结果。(5)不同反应温度对亚甲基蓝降解效果分别称取0.7mol/L的Fe/BC材料0.02g和1.0g/L的过硫酸氢钾于5个150ml锥形瓶中，称取亚甲基蓝0.003g配置成30mg/L溶液，精准量取50mL的亚甲基蓝溶液（初始浓度是30mg/L）放入到锥形瓶之中，使用保鲜膜进行密封处理，接着使用恒温加热磁力搅拌器进行搅拌，改变搅拌的温度，使其分别为5、15、30、45和60℃，在搅拌时间分别为5、10、20、30、40、50和60min的时候，获取对应的样本，并进行过滤处理，还需要测量亚甲基蓝的吸光度，做好数据的统计工作，每组样品都需要测量2次，取均值作为最终的测量结果。(6)不同pH对亚甲基蓝降解效果分别称取亚甲基蓝0.003g配置成30mg/L并用量筒准确量取50mL分别加入5个150mL锥形瓶中，将pH计进行校正后，分别将配置好的亚甲基蓝溶液pH调至3、5、7、9和11。称取0.7mol/L的Fe/BC材料0.02g和1.0g/L的过硫酸氢钾于调好的亚甲基蓝溶液锥形瓶中，放入搅拌子并用保鲜膜密封，接着使用恒温加热磁力搅拌器进行搅拌，温度调节成30℃。在搅拌时间分别为5、10、20、30、40、50和60min的时候，获取对应的样本，并进行过滤处理，还需要测量亚甲基蓝的吸光度，做好数据的统计工作，每组样品都需要测量2次，取均值作为最终的测量结果。(7)PMS自由基猝灭降解效果分别控制PMS与甲醇、叔丁醇的摩尔比为1：100、1：500、1：1000。完成上述溶液的制备操作，并分别放入到6个烧杯中，接着每个烧杯中都要放入0.006g亚甲基蓝固体，并借助搅拌棒进行搅拌，确保固体完全被溶解。接着把所获得的溶液分别放入2个锥形瓶中，加入容量为50mL。加入0.05g过硫酸氢钾和0.02g的0.7mol/LFe/BC材料。放入搅拌子并用保鲜膜密封，接着利用恒温加热磁力搅拌器进行搅拌处理，反应持续60min的时候，获得对应的样本数据，过滤处理后，测量溶液吸光度，做好数据统计。每组样品都要测量2次，并取平均值。(8)不同染料降解效果分别称取0.7mol/L的Fe/BC材料0.02g和1.0g/L的过硫酸氢钾于5个150ml锥形瓶中，再分别称取刚果红0.003g、甲基紫0.003g、亚甲基蓝0.003g、罗丹明B0.003g、曙红Y0.003g配置成30mg/L的100ml溶液，接着把所获得的溶液分别放入2个锥形瓶中，加入容量为50mL，使用保鲜膜进行密封处理，接着把恒温加热磁力搅拌器温度调节到30℃，持续反应60min，并进行取样，测量溶液吸光度，做好数据的统计工作，每组样品都要测量2次，取平均值。2.3分析检测方法2.3.1亚甲基蓝降解测定方法采用紫外分光光度计测量溶液中亚甲基蓝浓度。测定仪器：紫外可见分光光度计，测量所得到的亚甲基蓝的波长是664nm。做好降解前后数据记录，进而掌握亚甲基蓝的浓度变化情况，降解率计算公式如下：R上述公式中，亚甲基蓝的降解率是R，反应前亚甲基蓝浓度是C0，降解之后亚甲基蓝的浓度则是Ce。2.3.2配置标准曲线使用天平来称取亚甲基蓝固体样本，质量是0.025g，放置到烧杯中后，转移到容量瓶中，接着加入固定量的去离子水，以此来制备亚甲蓝溶液，使其浓度为50mg/L，接着根据浓度的波动变化，记录不同浓度下的亚甲基蓝溶液的吸光度，来绘制相应的变化曲线，详情如图2.1。根据图中的变化趋势和相关参数，转化为方程y=0.05371x+0.01831来表示,R2计算结果是0.99963，比较靠近1，亚甲基蓝浓度与其吸光度之间存在明显的线性相关性，具有较高的可靠性。图2.1亚甲基蓝的标准曲线3结果与讨论3.1不同催化剂对亚甲基蓝降解的影响图3.1为不同催化剂对比降解率的影响。由图可知，未改性的生物炭对亚甲基蓝的降解效果并不明显，反应至60min时，降解率仅为8.05%，而生物炭活化PMS对亚甲基蓝的降解率明显提高，比纯PMS降解能力要强，当反应持续60min的时候，计算得到的降解率则是83.67%，之所以存在此种现象，可能与PMS活性变强有关，由此产生了大量的自由基，与污染物质反应，从而达到更好的降解效果。除此之外，Fe/BC活化PMS可以显著提高亚甲基蓝的降解率，持续反应60min，降解率达到96.24%，这可能是金属铁提供了更多的催化位点，进一步活化PMS产生更多自由基。考虑各材料对亚甲基蓝降解效果的影响，本实验选择Fe/BC活化PMS对亚甲基蓝的降解作为后续实验的最佳催化剂。图3.1不同条件对亚甲基蓝降解率的影响3.2不同PMS投加量对亚甲基蓝降解效果的影响图3.2为不同浓度的PMS对亚甲基蓝降解率的影响。根据图中的波动变化得知，当PMS浓度持续增加的过程中，对应的降解率也随之提高。从最初反应到持续60min，PMS投入量越大，对应的降解率越高，最高可以达到98.5%。这说明，由于PMS活化产生的自由基能够有效的降解亚甲基蓝，PMS的投加量越大，PMS活化产生的自由基越多，降解亚甲基蓝的能力也就越强。当反应时间达到60min，浓度为1.0g/L和1.5g/LPMS对亚甲基蓝的降解率差距不大，为了降低成本，PMS的投加量控制在1.0g/L比较合理。图3.2不同过PMS的投加量对亚甲基蓝的影响（亚甲基蓝的浓度为30mg/L，FeCl30.7g/L）3.3Fe/BC投加量对亚甲基蓝降解效果的影响根据图3.3可以有效反映出Fe/BC投加量不同，降解亚甲基蓝的能力也存在差异，增加Fe/BC的投加量，降解亚甲基蓝的能力也随之变强。从开始反应到60min，Fe/BC投加量控制在0.2g/L的情况下，可以获得最高降解率，达到82.72%。如果投加量提升到0.4g/L，降解率最高值是95.55%，降解能力明显变强。当投加量达到1.0g/L，最高降解率则达到99.21%。这可能是因为，随着Fe/BC投加量的增加，为染料提供了更多孔隙和表面官能团，增强了亚甲基蓝分子的物理吸附能力，使染料高效富集，进一步被降解，反应至60min时，该浓度亚甲基蓝中的染料几乎完全被降解。考虑经济和节约成本等条件，本实验选择材料投加量为0.4g/L作为最佳投加量。图3.3不同投加量对亚甲基蓝降解率的影响（FeCl30.7g/L过硫酸氢钾1.0g/L）3.4不同浓度亚甲基蓝的影响图3.4为不同浓度亚甲基蓝对降解率的影响。由图可知,不同浓度亚甲基蓝随着时间的增加降解率均逐渐增加，然而亚甲基蓝浓度提高的同时，降解率却朝着相反的方向变化。当浓度控制在10mg/L，从开始反应到持续60min，降解率最高达到100%。但是反应时间持续30min的时候，降解率变化并不显著，而是趋于平缓。改变亚甲基蓝的浓度，设置为30mg/L、50mg/L、75mg/L、100mg/L，对应的降解率是95.7%、91.7%、88.9%、86.6%。此种变化说明，Fe/BC活化PMS过程中有限的活性物质无法与染料充分接触并反应，导致单位时间内未被降解的染料增多，也有可能是出现一些副产物，从而拉低了亚甲基蓝的降解率，考虑Fe/BC投加量和PMS投加量等因素，选择30mg/L的亚甲基蓝最为适宜。图3.4不同浓度的亚甲基蓝对降解率的影响（FeCl30.7g/L过硫酸氢钾1.0g/L）3.5不同反应温度对亚甲基蓝降解效果的影响图3.5为不同反应温度对亚甲基蓝降解率的影响。由图可知，随着反应温度的增加，对亚甲基蓝的降解效果也增加，反应趋于平衡的速度更快。反应开始至60min，反应温度不同，对应的降解率也不同，设置温度分别是5、15，30、45和60℃，计算得到的降解率分别是64.26%、74.03%、96.24%、99.42%、100%，降解效果随温度提升逐渐增大。这可能是因为，随着反应温度的升高，溶液中染料的热运动较剧烈，分子运动速率大大提高，分子的迁移和吸附速度加快，从而使亚甲基蓝降解效果增大。结合不同温度对应反应时间的条件，反应时间为1h选择反应温度为30℃作为最佳反应温度。图3.5不同反应温度对降解率的影响（过硫酸氢钾1.0g/LFeCl30.7g/L亚甲基蓝浓度30mg/L）3.6不同pH对亚甲基蓝降解效果的影响图3.6为溶液不同pH对亚甲基蓝降解率的影响。由图可知，Fe/BC活化PMS在碱性条件下对亚甲基蓝的降解效果更佳，反应至最后逐渐向平衡靠近。当pH值达到11的时候，降解亚甲基蓝的能力越强，降解率最高为97.8%；当pH值从3增大至9的时候，降解率最大数值分别为89.2%、90.2%、92.4%和96.9%。这说明Fe/BC活化PMS在碱性环境中对亚甲基蓝的降解效果更适宜，这可能是因为，亚甲基蓝作为一种碱性染料，其分子结构在碱性环境中更容易发生反应，导致碱环境下对亚甲基蓝的降解效果更明显。图3.6不同pH亚甲基蓝溶液对降解率的影响（过硫酸氢钾1.0g/LFeCl30.7g/L）3.7PMS自由基猝灭降解效果的影响图3.7为PMS自由基猝灭对亚甲基蓝降解率的影响。由图可知，反应开始至60min时，Fe/BC材料活化PMS对亚甲基蓝的降解效果最佳，计算得到的降解率是96.82%；使用一定摩尔比的甲醇，会降低亚甲基蓝的降解率，对应数值为69.71%，比Fe/BC材料活化PMS对亚甲基蓝的降解效果降低了27.11%；加入一定摩尔比的叔丁醇对亚甲基蓝的降解率最大达到了82.75%，较上述条件的降解效果降低了14.07%，。这可能是因为，甲醇能够捕获PMS活化过程中产生的SO₄·⁻和·OH，易与其发生反应，叔丁醇能够捕获活化过程中产生的·OH，抑制·OH对亚甲基蓝的降解，而PMS活化过程中产生的SO₄·⁻对亚甲基蓝降解效果的贡献要大于产生的·OH对亚甲基蓝的贡献，影响降解效率。图3.7PMS自由基猝灭对亚甲基蓝降解率的影响（1.0g/L的过硫酸氢钾30mg/L的亚甲基蓝）3.8不同染料降解效果的影响图3.8为不同染料对降解率的影响。由图可知，反应至1h终点时，不同染料相同浓度的情况下，对刚果红染料的降解率仅为56.85%；对甲基紫与亚甲基蓝染料较刚果红染料降解效果更佳，降解率分别为91.07%和96.82%，；罗丹明B与曙红Y染料的降解率皆为100%。这可能是因为，由于各染料的特性和染料的结构不同，Fe/BC活化PMS产生的自由基对不同染料的选择性不同，导致各染料降解效果不同，Fe/BC活化PMS产生的自由基对碱性染料的降解效果较酸性染料的降解效果更佳。图3.8不同染料对降解率的影响3.9本章小结本章探究了反应材料、PMS投加量、Fe/BC材料投加量、亚甲基蓝浓度、反应温度、pH、PMS自由基猝灭以及染料类型对亚甲基蓝降解的影响；采用紫外分光光度法测量亚甲基蓝降解前后吸光度的变化进行研究。主要结论有：（1）确定了PMS的投加量1.0g/L、Fe/BC材料投加量0.4g/L、亚甲基蓝浓度30mg/L、反应温度30℃、pH为11时对亚甲基蓝的降解效果最佳。（2）使用Fe/BC材料活化PMS对亚甲基蓝的降解效果最佳。甲醇与叔丁醇能够抑制PMS活化产生的SO₄·⁻和·OH，并区分二者对亚甲基蓝降解的贡献程度。4结论本实验通过分光光度法测量反应前后亚甲基蓝的吸光度，确定亚甲基蓝溶液反应前后吸光度的变化，分别探究了不同材料间的对比、材料的投加量、亚甲基蓝的浓度、PMS的浓度、反应温度、pH、PMS自由基猝灭以及染料种类对亚甲基蓝的降解影响，得出了以下探究结果：（1）优化条件的改变会影响到亚甲基蓝的降解效果：污染物确定为亚甲基蓝，在一定范围内，选用Fe/BC材料摻杂PMS对亚甲基蓝的降解效果最佳，降解率最大为96.24%；反应温度、PMS投加量、Fe/BC材料的投加量增加，降解能力显著改善，对应的降解率是96.24%、95.7%、95.55%，三者均与亚甲基蓝的降解效果呈正相关；亚甲基蓝本身浓度的变化，也会影响到降解率，两者是负相关关系。控制亚甲基蓝的浓度，使其达到30mg/L，此时可以获得最佳降解效果，降解率为95.7%；在碱性环境下，该材料对亚甲基蓝的降解效果最佳，降解率最高为97.8%。。（2）加入一定摩尔比的甲醇或叔丁醇对亚甲基蓝的降解说明，甲醇能够猝灭PMS活化过程中产生的SO₄·⁻和·OH，降解率为69.71%，而叔丁醇能够猝灭PMS活化过程中产生的·OH，降解率为82.75%，抑制降解亚甲基蓝的活性物质，最终导致亚甲基蓝的降解效果减弱。活化过程中产生的SO₄·⁻对降解的贡献要大于·OH对降解的贡献。（3）Fe/BC材料摻杂PMS降解不同染料说明，使用此材料可以达到降解碱性染料亚甲基蓝的最佳降解效果，降解率为96.82%。由于染料种类不同，各染料性质、染料结构不同，导致PMS活化产生的活性物质对染料的选择性以及材料对染料的吸附程度也就不同，进而影响该材料对染料的降解效果。【参考文献】张文龙.La-BiVO4光催化剂晶面调控及降解亚甲基蓝废水性能研究[D].武汉科技大学,2024张想泰,吴磊,韩得明,等.中空椰壳碳材料吸附亚甲基蓝染料性能研究[J].广州化工,2023,51(02):130-133.韩志成,贾伟娜,王璇,等.P(N-MAAm)水凝胶吸附剂的制备及其对亚甲基蓝染料吸附性能的研究[J].现代化工,2024,44(S1):166-171.CriniG,LichtfouseE.Advantagesanddisadvantagesoftechniquesusedforwastewatertreatment[J].EnvironmentalChemistryLetters,2019,17(1):145-155.丁浩.高级氧化技术原位再生亚甲基蓝饱和生物炭的效能与机理研究[D].湖南农业大学,2023.张建.高性能磁性活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附性研究[D].伊犁师范大学,2023.倪志娇.介质阻挡放电处理亚甲基蓝模拟废水溶液[D].东华大学,2023.王凯炫.羟基氧化铁@二氧化锰核壳结构催化剂的制备及催化降解亚甲基蓝的机制研究[D].辽宁大学,2023.KatheresanV,KansedoJ,LauYS.Efficiencyofvariousrecentwastewaterdyeremovalmethods:Areview[J].JournalofEnvironmentalChemicalEngineering,2018,6(4):4676-4697.焦勇.猪粪水热炭的制备及其对水体亚甲基蓝的去除研究[D].南昌大学,2023.谭玉梅.钛酸纳米材料的表面功能化及其染料吸附性能研究[D].吉林大学,2022.张杰.聚多巴胺改性材料的制备及在亚甲基蓝去除方面的应用[D].南京农业大学,2021.ArushiG,LalitaC.DyeWaste:Asignificantenvironmentalhazard[J].MaterialsToday:Proceedings,2022,48(P5):1310-1315.田源.磁性Fe3O4/MnO2复合催化剂的制备及其降解亚甲基蓝的机制研究[D].辽宁大学,2022.李佩仪.高含碳量铋基生物炭吸附亚甲基蓝的性能与机理研究[D].广西大学,2022.OmojolaA,VonVDK.Progressinagriculturalwastederivedbiocharasadsorbentsforwastewatertreatment[J].AppliedSurfaceScienceAdvances,2023,18100518-.李卓冰.木耳菌糠炭的制备及其对印染废水吸附特性的研究[D].东北电力大学,2023.刘旭静.改性木质素基多孔炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附机制研究[D].北京林业大学,2022.邵辉良.紫外光耦合改性生物炭活化过硫