铁酸钴催化Na2S2O8降解孔雀石绿的研究
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１ 实验 １．１ 实验试剂和仪器
硝酸 铁、六 水 硝 酸 钴、盐 酸、氢 氧 化 钠、氯 化 钠、碳 酸 氢 钠、 过硫酸钠均为分析纯。
７２２型分光光度计；８２８型 酸 度 计；ＳＨＡ－Ｃ型 水 浴 恒 温 震 荡器；ＴＤＬ８０－２Ｂ型 台 式 离 心 机；ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００Ｘ射 线 衍 射 仪； ＵＶ－２５５０紫外 －可见吸收光谱仪。
ＴｈｅＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆＭａｌａｃｈｉｔｅＧｒｅｅｎｂｙＳｏｄｉｕｍ ＰｅｒｓｕｌｆａｔｅｗｉｔｈＣｏｂａｌｔＦｅｒｒｉｔｅ
ＸｕＱｉｎｇｙａｎ
（ＯｃｅａｎｃｏｌｌｅｇｅｏｆＭｉｎＪｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｏＦｅ２Ｏ４ ｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃｏｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ＡｎｄｉｔｗａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸＲＤ ａｎｄＳＥＭ．Ｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆ ｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎｂｙｓｏｄｉｕｍｐｅｒｓｕｌｆａｔｅｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙＣｏＦｅ２Ｏ４．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｃａｔａｌｙｓｔａｎｄｓｏｄｉｕｍｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ，ｔｈｅ ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎ，ｔｈｅｐＨｖａｌｕｅ，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅａｎｄｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｏｒｇａｎｉｃｉｏｎｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｓｏｄｉｕｍｐｅｒｓｕｌｆａｔｅｗａｓ５ｇ／Ｌ，ｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆ ｃａｔａｌｙｓｔｗａｓ０．５ｇ／Ｌ，ｔｈｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓ６００℃，ｔｈｅｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗａｓ１０ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｐＨ ｖａｌｕｅｗａｓ ３，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｗａｓ３０ｍｉｎｕｔｅｓ．Ｔｈｅｄｅｃｏｌｏｒｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎｃｏｕｌｄｂｅｕｐｔｏ９６．２％．Ａｎｏｔｈｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｉｏｎｓｏｎｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎｗｏｕｌｄｈａｖｅａｃｅｒｔａｉｎｄｅｇｒｅｅｏｆｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｂａｌｔｆｅｒｒｉｔｅ；ｃａｔａｌｙｓｉｓ；ｓｏｄｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ；ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ；ｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎ
１．２ 铁酸钴的制备
称取一定 量 的 硝 酸 钴 和 硝 酸 铁 溶 于 蒸 馏 水，制 成 Ｃｏ２＋： Ｆｅ３＋ ＝１∶２的 混 合 溶 液，并 搅 拌 均 匀。缓 慢 加 入 ２ｍｏｌ／Ｌ的 ＮａＯＨ溶液，调节 ｐＨ值为 ９～１０，搅拌 ３０ｍｉｎ后，用蒸馏水洗涤、 抽滤，得到沉淀物。将所得前驱体在 ８０℃下烘干，研磨后再放 入马弗炉内焙烧 ３ｈ，制得石绿溶液于 ２５０ｍＬ锥形瓶中，调节 ｐＨ值，加入适量的铁酸钴，再加入一定量的 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８，搅拌均匀
后再放入水浴振荡器中。离心后，取上清液，测定其在 ６１９ｎｍ 波长下的吸光度 Ａ。因为在一定范围内，孔雀石绿溶液在最大 吸收波长 ６１９ｎｍ处的吸光度与浓度关系符合朗伯 －比耳定律， 故测定孔雀石绿溶液降解前后在最大吸收波长处的吸光度变 化，可算出孔雀石绿的降解率 Ｄ，计算式如下［４］：
第 ２２期
徐清艳：铁酸钴催化 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８降解孔雀石绿的研究
·１８５·
铁酸钴催化 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８ 降解孔雀石绿的研究
徐清艳
（闽江学院海洋学院，福建 福州 ３５０１０８）
摘要：采用共沉淀法制备了铁酸钴，通过 ＸＲＤ和 ＳＥＭ表征铁酸钴的性能。利用实验制备的铁酸钴催化 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８ 对孔雀石绿进行降解。 研究了催化剂和过硫酸钠用量、催化剂的煅烧温度、孔雀石绿浓度、ｐＨ值、反应时间和不同无机离子对降解孔雀石绿的影响。实验结果 表明：在 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８浓度为 ５ｇ／Ｌ、催化剂用量为 ０．５ｇ、煅烧温度 ５００℃、孔雀石绿浓度为 １０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ值为 ３的条件下，反应 ３０ｍｉｎ孔雀石 绿的脱色率高达 ９６．２％。且不同的无机离子对孔雀石绿的降解有一定的抑制作用。 关键词：铁酸钴；活化；Ｎａ２Ｓ２Ｏ８；降解；孔雀石绿 中图分类号：Ｘ５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）２２－０１８５－０３
收稿日期：２０１８－０８－３０ 基金项目：福建省教育厅项目（ＪＡＴ１６０３９２） 作者简介：徐清艳（１９７７—），女，福建建瓯人，副教授，研究方向为水处理。
·１８６·
山 东 化 工 ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１８年第 ４７卷
近年来，基于硫酸根自由基的新型高级氧化技术在去除难 降解有机物方面显 现 很 大 优 势 ［１－２］。 硫 酸 根 自 由 基 主 要 是 通 过紫外光解、高温 热 解、辐 射 分 解 和 过 渡 金 属 催 化 分 解 过 硫 酸 盐的方式产生。铁酸钴 （ＣｏＦｅ２Ｏ４）是一种性能优良 的 磁 性 材 料［３］，被广泛应用于催化剂领域，但主要用于光催化，却很少用 作过硫酸盐的活化剂来降解染料。本实验以孔雀石绿为研究 对象，采用共沉淀法制备铁酸钴，利用铁酸钴活化过硫酸钠，为 过硫酸盐氧化技术降解染料提供参考。
Ｄ＝（Ａ０ －Ａ）／Ａ０ ×１００％ 式中：Ａ０———孔雀石绿溶液的初始吸光度；Ａ———ｔ时刻孔雀石 绿溶液的吸光度。
２ 实验结果与讨论 ２．１ 空白实验
取孔雀石绿溶液初始浓度为 １０ｍｇ／Ｌ，在其他条件相同的情 况下，研究不同体系的催化活性。结果如图 １所示。
图 １ 空白实验 由图 １可以看出，孔雀石绿的降解率：只加 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８ ＞只加
硝酸 铁、六 水 硝 酸 钴、盐 酸、氢 氧 化 钠、氯 化 钠、碳 酸 氢 钠、 过硫酸钠均为分析纯。
７２２型分光光度计；８２８型 酸 度 计；ＳＨＡ－Ｃ型 水 浴 恒 温 震 荡器；ＴＤＬ８０－２Ｂ型 台 式 离 心 机；ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００Ｘ射 线 衍 射 仪； ＵＶ－２５５０紫外 －可见吸收光谱仪。
ＴｈｅＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆＭａｌａｃｈｉｔｅＧｒｅｅｎｂｙＳｏｄｉｕｍ ＰｅｒｓｕｌｆａｔｅｗｉｔｈＣｏｂａｌｔＦｅｒｒｉｔｅ
ＸｕＱｉｎｇｙａｎ
（ＯｃｅａｎｃｏｌｌｅｇｅｏｆＭｉｎＪｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｏＦｅ２Ｏ４ ｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃｏｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ＡｎｄｉｔｗａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸＲＤ ａｎｄＳＥＭ．Ｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆ ｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎｂｙｓｏｄｉｕｍｐｅｒｓｕｌｆａｔｅｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙＣｏＦｅ２Ｏ４．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｃａｔａｌｙｓｔａｎｄｓｏｄｉｕｍｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ，ｔｈｅ ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎ，ｔｈｅｐＨｖａｌｕｅ，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅａｎｄｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｏｒｇａｎｉｃｉｏｎｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｓｏｄｉｕｍｐｅｒｓｕｌｆａｔｅｗａｓ５ｇ／Ｌ，ｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆ ｃａｔａｌｙｓｔｗａｓ０．５ｇ／Ｌ，ｔｈｅｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓ６００℃，ｔｈｅｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗａｓ１０ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｐＨ ｖａｌｕｅｗａｓ ３，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｗａｓ３０ｍｉｎｕｔｅｓ．Ｔｈｅｄｅｃｏｌｏｒｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎｃｏｕｌｄｂｅｕｐｔｏ９６．２％．Ａｎｏｔｈｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｉｏｎｓｏｎｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎｗｏｕｌｄｈａｖｅａｃｅｒｔａｉｎｄｅｇｒｅｅｏｆｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｂａｌｔｆｅｒｒｉｔｅ；ｃａｔａｌｙｓｉｓ；ｓｏｄｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ；ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ；ｍａｌａｃｈｉｔｅｇｒｅｅｎ
１．２ 铁酸钴的制备
称取一定 量 的 硝 酸 钴 和 硝 酸 铁 溶 于 蒸 馏 水，制 成 Ｃｏ２＋： Ｆｅ３＋ ＝１∶２的 混 合 溶 液，并 搅 拌 均 匀。缓 慢 加 入 ２ｍｏｌ／Ｌ的 ＮａＯＨ溶液，调节 ｐＨ值为 ９～１０，搅拌 ３０ｍｉｎ后，用蒸馏水洗涤、 抽滤，得到沉淀物。将所得前驱体在 ８０℃下烘干，研磨后再放 入马弗炉内焙烧 ３ｈ，制得石绿溶液于 ２５０ｍＬ锥形瓶中，调节 ｐＨ值，加入适量的铁酸钴，再加入一定量的 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８，搅拌均匀
后再放入水浴振荡器中。离心后，取上清液，测定其在 ６１９ｎｍ 波长下的吸光度 Ａ。因为在一定范围内，孔雀石绿溶液在最大 吸收波长 ６１９ｎｍ处的吸光度与浓度关系符合朗伯 －比耳定律， 故测定孔雀石绿溶液降解前后在最大吸收波长处的吸光度变 化，可算出孔雀石绿的降解率 Ｄ，计算式如下［４］：
第 ２２期
徐清艳：铁酸钴催化 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８降解孔雀石绿的研究
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铁酸钴催化 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８ 降解孔雀石绿的研究
徐清艳
（闽江学院海洋学院，福建 福州 ３５０１０８）
摘要：采用共沉淀法制备了铁酸钴，通过 ＸＲＤ和 ＳＥＭ表征铁酸钴的性能。利用实验制备的铁酸钴催化 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８ 对孔雀石绿进行降解。 研究了催化剂和过硫酸钠用量、催化剂的煅烧温度、孔雀石绿浓度、ｐＨ值、反应时间和不同无机离子对降解孔雀石绿的影响。实验结果 表明：在 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８浓度为 ５ｇ／Ｌ、催化剂用量为 ０．５ｇ、煅烧温度 ５００℃、孔雀石绿浓度为 １０ｍｇ／Ｌ、ｐＨ值为 ３的条件下，反应 ３０ｍｉｎ孔雀石 绿的脱色率高达 ９６．２％。且不同的无机离子对孔雀石绿的降解有一定的抑制作用。 关键词：铁酸钴；活化；Ｎａ２Ｓ２Ｏ８；降解；孔雀石绿 中图分类号：Ｘ５２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）２２－０１８５－０３
收稿日期：２０１８－０８－３０ 基金项目：福建省教育厅项目（ＪＡＴ１６０３９２） 作者简介：徐清艳（１９７７—），女，福建建瓯人，副教授，研究方向为水处理。
·１８６·
山 东 化 工 ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１８年第 ４７卷
近年来，基于硫酸根自由基的新型高级氧化技术在去除难 降解有机物方面显 现 很 大 优 势 ［１－２］。 硫 酸 根 自 由 基 主 要 是 通 过紫外光解、高温 热 解、辐 射 分 解 和 过 渡 金 属 催 化 分 解 过 硫 酸 盐的方式产生。铁酸钴 （ＣｏＦｅ２Ｏ４）是一种性能优良 的 磁 性 材 料［３］，被广泛应用于催化剂领域，但主要用于光催化，却很少用 作过硫酸盐的活化剂来降解染料。本实验以孔雀石绿为研究 对象，采用共沉淀法制备铁酸钴，利用铁酸钴活化过硫酸钠，为 过硫酸盐氧化技术降解染料提供参考。
Ｄ＝（Ａ０ －Ａ）／Ａ０ ×１００％ 式中：Ａ０———孔雀石绿溶液的初始吸光度；Ａ———ｔ时刻孔雀石 绿溶液的吸光度。
２ 实验结果与讨论 ２．１ 空白实验
取孔雀石绿溶液初始浓度为 １０ｍｇ／Ｌ，在其他条件相同的情 况下，研究不同体系的催化活性。结果如图 １所示。
图 １ 空白实验 由图 １可以看出，孔雀石绿的降解率：只加 Ｎａ２Ｓ２Ｏ８ ＞只加