零价铁对偶氮、蒽醌和三苯基甲烷染料快速脱色的比较研究
摘要：
本研究是在水溶液中，以零价铁（ZVI）作为有效还原剂，对偶氮染料，活性艳红K-2G（RBR）；蒽醌染料，活性艳蓝KN-R（RBB）；三苯甲烷染料，孔雀绿（MG）三种染料的脱色性能进行的比较研究。采用改进的液相还原法，加入了高分子稳定剂聚乙烯吡咯烷酮合成了ZVI。考察了溶液pH值、ZVI用量和染料初始浓度对脱色效果的影响，结果表明，pH值对染料脱色影响不大。随着ZVI投加量的增加，脱色效率提高，但还原能力和脱色率降低，反应时间呈下降趋势。高脱色效率（95.74～99.22%）存在于2min内RBR浓度为698.24 MG/L时；10min内RBB浓度691.69 MG/L时和30min内MG浓度686.10 MG/L时。在最佳pH值下，一级动力学模型与实验数据吻合较好。紫外-可见光谱和FTIR光谱分析表明染料的色基被破坏，脱色过程中氨基、芳香环等官能团发生了转化。ZVI被证明能够作为三种染料快速脱色的通用高效还原剂。
1.介绍：
各种合成染料广泛应用于纺织染色、造纸、纸浆、塑料、彩色摄影、医药、食品、化妆品等行业[1]。据报道，全世界每年有10万多种工业染料，粗略估计产量为7x105-1x106吨[2]。虽然偶氮染料约占纺织工业所用染料的60%-70%，但蒽醌染料因其色泽鲜艳、固色率高、色牢度强而变得越来越重要。继偶氮染料和蒽醌染料之后，三苯基甲烷染料就消耗量而言被归类为第三种染料。特别是一些三苯甲烷染料，如结晶紫、亮绿SF黄绿和孔雀石绿，也被用于水产养殖业杀菌剂[3]。在典型的生产和染色工艺中，估计有10-20%的染料通过废水进入环境，导致大量含染料废水[2]。考虑到越来越严格的法律和法规，相关行业需要找到经济可行的污水处理手段去解决SS、COD和美观问题。然而，大多数染料以其对光和热的高稳定性和生物降解困难而闻名。此外，染料的分解产物可能是有毒的，甚至对水生生物[4] 致癌。因此，需要开发高效的偶氮染料、蒽醌染料和三苯基甲烷染料脱色工艺。
在过去的几年里，许多从含染料废水中去除污染物的物理化学过程已经被报道.混凝工艺在染料去除中占有重要的位置［5］，但它需要大量的化学物质，产生大量的污泥；吸附技术[4]是指将水相中的污染物转化为固相，不能从根本上脱色染料;膜过滤技术[6]虽然效果好，但产生二次废液并且成本高；臭氧氧化[7]、UV/H2O2[8]和Fenton[9]等先进氧化工艺对染料的脱色效果较好，但这些技术的初始成本和操作成本都很高。另一方面，诸如脱色希瓦氏菌NTOU 1[10]和角鲨漆酶同工酶[11]等生物方法在一定程度上可以对某些染料脱色，但长时间的降解过程限制了它们的应用。因此，廉价、当地可供选择的高效替代除氯方法应运而生。
近十年来，纳米/微米零价铁(ZVI)颗粒在环境治理中的应用得到了迅速的发展。纳米/微零价铁(ZVI)颗粒具有很大的单位质量比表面积，是一种高效的还原剂，能够修复被污染的土壤、地面和地下水。该技术具有成本低、毒性低、占地面积小、易于获取等的优点，满足了工业应用的基本要求。据报道，ZVI是快速还原四氯乙烯(氯化有机化合物)[12]、六价铬(重金属)[13]、2，4，6-三硝基甲苯[14]和硝酸盐[15]的强还原剂。此外，还使用了ZVI[16，17]实施了越来越多的实地试验，包括试点和全面补救地点。
ZVI对染料的脱色具有重要意义，不仅因为它在染料废水处理中的潜在应用，而且还因为它可以作为生物处理前的一种预处理方法。对染料废水的处理研究表明，ZVI具有较强的还原性，可获得较高的脱色效果。因此，ZVI可以作为染料废水脱色的一种有前景的替代技术。大多数关于纺织品废水脱色的研究都是用偶氮染料18-21]进行的。对ZVI降解蒽醌[22]和三苯基甲烷染料[23]的研究相对较少。据我们所知，ZVI对偶氮、蒽醌和三苯基甲烷染料脱色的比较研究尚未见报道。
本研究将使用改进方法制备的ZVI粒子尝试对不同染料进行脱色，包括偶氮染料、蒽醌染料和三苯基甲烷染料。为了了解ZVI还原染料的机理，发布三种染料脱色的比较研究数据。选用活性艳红K-2G(RBR、偶氮染料)、活性亮蓝KN-R(RBB、蒽醌染料)和孔雀绿(MG、三苯基甲烷染料)为模型染料，在没有氮气保护的情况下，通过添加高分子稳定剂聚乙烯吡咯烷酮对ZVI的制备进行简化，考察了初始pH值、ZVI用量和初始染料浓度对染料脱色的影响。采用伪一级动力学模型描述脱色过程.此外，还利用紫外-可见光谱和FTIR光谱实现了染料在处理过程中的降解和中间产物的降解.
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