杨琨鹏论文修改-最终版 - 图文

哈尔滨理工大学学士学位论文

第4章 Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙

4.1 pH值对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响

取甲基橙浓度为0.05mmol/L，硝酸铁浓度为0.40mmol/L，H2O2浓度为4.00mmol/L，总反应溶液为100mL作为起始浓度，加入高氯酸调节反应溶液初始pH值分别为2，3，4，5，6。反应开始时计时，在0，30，45，60，75，90，100，105，110，115，120min时取样4mL于比色管中，再加入1mL甲醇作为终止剂终止反应，之后在甲基橙最大吸收波长465nm下测定当时溶液的吸光度A，并计算C/C0值。下图4-1给出了在不同pH值的条件下甲基橙的降解曲线。

1.2 1.0 pH=2pH=3pH=4pH=5pH=60.8 C/C00.6 0.4 0.2 0.0 6080100120140Time,min 图4-1 pH对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响

02040由图4-1可以看出Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙较慢，在不同pH值的条件下，甲基橙的降解速率都较为缓慢，在前100min内降解偏慢，但是在反应100min后急速降解。原因是在Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的过程中Fe(III)先与H2O2反应，把Fe(III)转化为Fe(II)，由于这个过程的反应速率常数过低，因此在反应前段时间内降解缓慢。随着Fe(III)转化为Fe(II)，Fe(II)催化H2O2氧产生的羟基自由基速率加快，所以在100min到120min内降解迅速。而且随着pH值的越大，甲基橙降解效果越差。但是也不能太低，pH太低，降解效果也越差。通过图4-1显示：用Fe(III)催化H2O2氧化甲基橙的溶液初始pH=3。

- 19 -

哈尔滨理工大学学士学位论文

4.2 Fe(III)浓度对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响 由上节可知，用Fe(III)催化H2O2氧化甲基橙的溶液初始pH=3。取溶液初始pH=3，甲基橙浓度为0.05mmol/L，硝酸铁浓度为0.2mmol/L，H2O2浓度为1.00mmol/L，总反应溶液为100mL作为起始浓度。反应开始时计时，在0，30，45，60，75，90，100，105，110，115，120min时取样4mL于比色管中，再加入1mL甲醇作为终止剂终止反应，之后在甲基橙最大吸收波长465nm下测定当时溶液的吸光度A，并计算C/C0值。再改变硝酸铁浓度分别为0.1，0.4，0.8，1.2，1.6mmol/L，进行同样的测定。其中由于前两组Fe(III)浓度稍小，降解速度较慢，因此时间点选得稍微靠后一些，并且绘制Fe(III)浓度对甲基橙去除率的影响曲线，见图4-2。

1.2 0.1mmol/L0.2mmol/L0.4mmol/L0.8mmol/L1.2mmol/L1.6mmol/L1.0 0.8 C/C00.6 0.4 0.2 0.0 020406080100120140160Time,min图4-2 Fe(III)浓度对甲基橙去除率的影响曲线 通过仔细观察图4-2，看出Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙较慢，甲基橙的降解速率都较为缓慢，在前100min内降解偏慢，但是在反应100min后急速降解。原因是在Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的过程中Fe(III)先与H2O2反应，把Fe(III)转化为Fe(II)，由于这个过程的反应速率常数过低，因此在反应前段时间内降解缓慢。随着Fe(III)转化为Fe(II)，Fe(II)催化H2O2氧产生的羟基自由基速率加快，所以在100min到120min内降解迅速。在其它条件相同下，Fe(III)浓度越高，甲基橙降解效率越高，甲基橙降解效果越好。由此可见，Fe(III)浓度的增加会加快Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的反应速率，因为Fe(III)浓度增加了，随之而来的Fe(II)浓度也会增大，羟基自由基的产生速率也随之而加快，使得整个反应速度变快[13]。

- 20 -

哈尔滨理工大学学士学位论文

4.3 H2O2浓度对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响 由上节可知，用Fe(III)催化H2O2氧化甲基橙的过程中pH=3，Fe(III)浓度是1.6mmol/L时，甲基橙降解效果最好。但是为了更好的做H2O2影响因素的对比实验，因此取pH=3，甲基橙浓度为0.05mmol/L，硝酸铁浓度为0.4mmol/L，H2O2浓度为1.00mmol/L，总反应溶液为100mL作为起始条件。反应开始时计时，在0，30，45，60，75，90，100，105，110，115，120min时取样4mL于比色管中，再加入1mL甲醇作为终止剂终止反应，之后在甲基橙最大吸收波长465nm下测定当时溶液的吸光度A，并计算C/C0值。再改变溶液初始H2O2浓度分别为0.1，0.5，1.0，2.0，4.0mmol/L，进行同样的测定。 1.2 1.0 0.1mmol/L0.5mmol/L1.0mmol/L2.0mmol/L4.0mmol/L0.8 C/C00.6 0.4 0.2 0.0 6080100120140Time,min 图4-3 H2O2浓度对甲基橙去除率的影响曲线 02040 由图4-3看出，Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙较慢，在不同pH值的条件下，甲基橙的降解速率都较为缓慢，在前100min内降解偏慢，但是在反应100min后急速降解。原因是在Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的过程中Fe(III)先与H2O2反应，把Fe(III)转化为Fe(II)，由于这个过程的反应速率常数过低，因此在反应前段时间内降解缓慢。随着Fe(III)转化为Fe(II)，Fe(II)催化H2O2氧产生的羟基自由基速率加快，所以在100min到120min内降解迅速。而且H2O2的浓度越大，甲基橙的降解速率越快，降解效果越好。在Fe(III)催化H2O2降解甲基橙的过程中，H2O2浓度的增加，使得Fe(III)向 Fe(II)的转化速率越快，同时也使得羟基自由基的产生速率加快，从而加速了反应的进行[14]。

4.4 无机阴离子对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响

本文中对比研究了3种常见无机阴离子(硝酸根离子、氯离子和硫酸根

- 21 -

哈尔滨理工大学学士学位论文

离子)对类-Fenton反应中对甲基橙降解速率以及降解效果的影响。 4.4.1 硝酸根离子对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响

由于类-Fenton反应中Fe(III)用的是硝酸铁溶液，因此反应初始溶液中有硝酸根离子。取初始甲基橙浓度是0.05mmol/L，硝酸铁浓度是0.8mmol/L，H2O2浓度是1.00mmol/L，pH=3，总反应溶液为100mL，硝酸根离子初始浓度为2.4mmol/L作为起始起始条件。反应开始时计时，在0，30，45，60，75，90，100，105，110，115，120min时取样4mL于比色管中，再加入1mL甲醇作为终止剂终止反应，之后在甲基橙最大吸收波长465nm下测定当时溶液的吸光度A，并计算C/C0值。再改变溶液中硝酸根离子的浓度分别为5.0，10.0mmol/L，进行同样的测定。 1.2 2.4mmol/L1.0 0.8 5.0mmol/L10.0mmol/LC/C00.6 0.4 0.2 0.0 020406080100120140Time,min 图4-4 硝酸根离子浓度对甲基橙去除率的影响曲线 根据图4-4中的曲线，可看出在各个时间点上，甲基橙降解速率以及降解效果均基本重合。因此可知硝酸根离子的浓度对甲基橙降解速率以及降解效果都无明显影响。

4.4.2 硫酸根离子对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响

取初始甲基橙浓度为0.05mmol/L，硝酸铁浓度为0.8mmol/L，H2O2浓度为1.00mmol/L，pH=3，总反应溶液为100mL，硫酸根离子初始浓度为0mmol/L作为初始条件。反应开始时计时，在0，30，45，60，75，90，100，105，110，115，120min时取样4mL于比色管中，再加入1mL甲醇作为终止剂终止反应，之后在甲基橙最大吸收波长465nm下测定当时溶液的吸光度A，并计算C/C0值。再改变溶液中硫酸根离子的浓度分别为5.0，10.0mmol/L，进行同样的测定。

- 22 -