染料廢水是我國主要的水污染源之一，其具有水量大、有機污染物含量高、色度高、堿性大、有機物難生化降解等特點，屬水處理的難題之一。當前國內外常用的處理方法有化學絮凝法、化學氧化法、吸附法、電化學法、生物處理法和高級氧化等方法。傳統的高級氧化技術主要是通過產生羥基這種活性物質去除污染物，而過硫酸鹽氧化法是基于硫酸自由基(SO₄^－•)的一類新的高級氧化技術。過硫酸鹽在反應的過程中會被分解，從而產生過硫酸根離子(S₂O₈^2－)，分子中含有氧化性較強的雙氧鍵O－O，標準氧化還原電位是+2．02V，接近O3(E0=+2．06V)。但是Na₂S₂O₈相對來說較穩定，通常去除污染物的效率不高，需過渡金屬(如鈷)催化活化S₂O₈^2－分解為SO₄^－•，其氧化還原電勢是2．5～3．1V，能激發產生很多高活性的氧化物質，啟動序列自由基的分散和結束的鏈式反應，將有機污染物分解轉化為二氧化碳和無機酸。因此過硫酸鹽的氧化方法是基于硫酸自由基的一種高級氧化技術，具有反應穩定、條件溫和等優勢而被關注和研究。

以橙黃II染料作為污染物，制備沸石載鈷活化劑，研究活化劑投加量、初始pH等因素，對沸石載鈷活化劑催化過硫酸鈉去除橙黃II染料降解效率的影響，并且探究超聲波對反應效率的強化作用。

1、材料與方法

1．1 實驗儀器與試劑

實驗儀器主要有:紫外可見分光光度計(AM1307004);恒溫振蕩器(DKZ－2);程序控溫箱式電阻爐(SX2－2．5－12);X射線衍射儀(TD－3500);冷場發射掃描電子顯微鏡(SU8010)。

主要試劑有:天然沸石;過硫酸鈉;橙黃II;硝酸鈷;氫氧化鈉;鹽酸;甲醇，試劑均為分析純。

1．2 沸石載鈷活化劑的制備

取一定量粒徑是100目的沸石投放到硝酸鈷浸漬液中，讓沸石在硝酸鈷溶液里浸漬震蕩12h(恒溫25℃)，再經105℃烘干，然后磨碎放入程序控溫箱式電阻爐用10℃/min的速度進行升溫，升溫500℃后煅燒2h，自然冷卻，對樣品進行研磨再過100目標準分樣篩，干燥以備使用。

1．3 染料廢水橙黃II配制及測定

用橙黃II染料配制的溶液為染料廢水進行研究。對不同濃度的染料廢水進行200nm－800nm的紫外－可見光譜掃描，觀察可得波長484nm時橙黃II溶液的吸光度達到最高。

2、結果與分析

2．1 沸石載鈷活化劑的物化特性及其表征分析

2．1．1 活化劑物相組成分析

通過熱解得到的沸石載鈷活化劑試樣的XRD圖譜，如下圖1所示。

如圖1所示，沸石載鈷樣品有明顯的二氧化硅衍射峰，以及對應的鈷氧化物的衍射峰，除此之外并未發現其他物質的衍射峰，證明制備的活化劑是沸石載鈷活化劑。

2．1．2 天然沸石和活化劑形貌

用冷場發射掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面特征，如圖2所示，對比(a)和(b)圖可見，沸石載鈷活化劑相較于天然沸石的表面更光滑，表明鈷能較好的負載在天然的沸石表面。

2．2 沸石載鈷活化劑催化過硫酸鈉降解染料廢水性能研究

2．2．1 活化劑投加量對染料廢水降解的影響

通過控制沸石載鈷活化劑的投加量，進行對比實驗，結果如圖3所示。

由圖3可知，沸石載鈷活化劑對活化過硫酸鹽效果影響明顯，隨沸石載鈷活化劑加入量增多，染料去除效果明顯提高。在未加入活化劑條件下，系統對橙黃II降解效果較差，60min降解率為10%，不加入活化劑只加入過硫酸鹽，廢水只能被部分降解，過硫酸鈉本身雖然具有強氧化性，但是在常溫條件里特性十分穩定，不會生成含強氧化性活性自由基，所以廢水的降解效率不高。當加入0．5g活化劑后，橙黃II降解效果明顯提高，增加至60min降解率提高至46%。當活化劑投加量從0．5g增加到2g時，染料廢水橙黃II降解率逐漸增加，降解率由46%增加至92%。這可能是因為更多沸石載鈷加入量可以增加過硫酸鈉分解活性位點，在反應時間相同時被氧化有機物量增大。當活化劑使用量由2g增高到2．5g時候，反應60min降解率都是90%以上，且變化幅度不大，因此實驗所用活化劑加入量定為2g。

2．2．2 溶液初始pH對橙黃Ⅱ廢水去除的影響

調控橙黃II染料廢水的初始pH，得到pH2、4、6、8、10的染料廢水進行實驗，活化劑的加入量控制在2g，用5%的沸石載鈷活化劑，結果如圖4所示。

由圖4可知，當pH值為2時，反應系統對染料效果降解率最低，60min橙黃II的降解率為64%，隨著pH的提高，橙黃II的降解率不斷地提高，pH為10時，50min橙黃II的降解率已達96%。活化劑在活化過硫過硫酸鈉反應過程中，pH的變化對染料橙黃II的降解影響明顯，在反應過程中產生鏈式反應，在堿性條件下有利于反應產生硫酸根自由基，從而提高了反應系統對染料橙黃II的降解。

2．2．3 超聲波對染料廢水降解的影響

通過其他手段進一步提高活化過硫酸鹽效率，實驗采用超聲波的方法進一步提高活化效率，將50mL初始濃度是100mg/L的橙黃Ⅱ染料廢水的pH值控制為10，投加2g負載為5%的沸石載鈷活化劑，再迅速加入2g的過硫酸鈉，在室溫下將其放入超聲波清洗器中開始反應，結果如圖5所示。

由圖5可以得出，超聲作用10min，染料廢水的降解是常規振蕩下的2倍，幾乎與常規振蕩50min時的降解效果相近，在10min反應時間時橙黃II的降解率為93%。超聲波在反應體系中，可產生超聲空化作用，與過硫酸鹽發生反應，引發鏈式反應，形成自由基，對染料橙黃II進行降解，此外空化泡崩潰可產生強的沖擊波對橙黃II中的苯環或者化學鍵進行破壞，使得橙黃II發生降解。

3、結論

制備的沸石載鈷活化劑具有較好的活化性能，當染料橙黃II廢水的初始濃度是100mg/L時，當鈷負載量為5%，沸石載鈷活化劑的加入量為2g，溶液的pH為10，過硫酸鈉使用量為2g的時候，橙黃Ⅱ的降解效果達到最佳，60min去除率達到96%。超聲波對反應具有強化作用，反應時間為10min時去除率即可達到93%。該技術可應用于染料廢水處理。（來源：合肥供水集團有限公司，合肥學院生物與環境工程系）