2.4 Fenton试剂的投加量对甲基橙溶液脱色率的影响

　　取4份20 mg.L-1的甲基橙溶液，调节pH为3.0，Fe2+:H2O2的质量浓度比为1:30，Fe2+的用量分别为0.03、0.05、0.07和0.10 g.L-1, H2O2的用量分别为0.9、1.5、2.1、和3.0 g.L-1时，超声波的功率为250 W，频率为59 kHz，超声处理100 min，结果如图2-4所示：

　　图2-4 Fenton试剂的投加量对甲基橙溶液脱色率的影响

　　Fig.2-4 Effects of the dosage of fenton reagent on decolorization efficiency of methyl-orange

　　由图2-4可知，脱色率随Fenton试剂用量的增加而增大，当Fe2+:H2O2的投加量为

　　0.07:2.1，脱色率达到96.34%，此后进一步增大Fenton试剂的投加量，脱色率基本不变。同时，当超声60-80 min时，溶液脱色率变化不大，继续增大超声时间，脱色率有下降的趋势，由于超声时间越长，温度也会升高，温度升高会导致气体溶解度减小、表面张力降低和饱和蒸气压增大，这些变化对超声空化是不利的。因此选取超声时间为60 min。

　　2.5 pH值对甲基橙溶液脱色率的影响

取4份20 mg.L-1的甲基橙溶液，调节不同的pH，Fe2+:H2O2的投加量为0.07:2.1，超声波的功率为250 W，频率为59kHz，超声60 min进行降解试验，甲基橙溶液的脱色率如图2-5所示：

　　图2-5 pH值对甲基橙溶液脱色率的影响

　　Fig.2-5 Effects of pH on decolorization efficiency of methyl-orange

　　由图可知，当pH为3.0，甲基橙溶液的脱色率最高。结果表明在酸性条件下时甲基橙溶液的脱色效果较好。

　　2.6 超声频率和功率对甲基橙溶液脱色率的影响

　　取4份20 mg.L-1的甲基橙溶液，Fe2+:H2O2的投加量为0.07:2.1，改变超声频率和功率，超声60 min,得到频率与功率在不同超声时间下对甲基橙溶液脱色率的影响曲线，如图2-6所示：

　　图2-6超声频率和功率对甲基橙溶液脱色率的影响

　　Fig.2-6 Effects of the ultrasonic frequence or power on decolorization efficiency of methyl-orange

　　研究表明，一方面高频超声波有助于提高超声降解速度，这是因为随着超声频率的增大，空化气泡增多，相互之间的碰撞加速，更多自由基从空化泡内溢出，参加有机物的氧化降解反应;另一方面高频率超声声场中空化泡共振半径小，空化强度减弱，这又将削弱反应的发生[8]。对于甲基橙溶液，59 kHz，250 W的脱色效果优于其他组合。所以超声频率为59 kHz，频率为250 W。

　　2.7 超声功率对甲基橙溶液脱色率的影响

　　取4份20 mg.L-1的甲基橙溶液，Fe2+:H2O2的投加量为0.07:2.1，超声频率为59kHz，改变功率，超声功率对甲基橙溶液脱色率的影响如图2-7所示：

　　图2-7超声功率对甲基橙溶液脱色率的影响

　　Fig.2-7 Effects of the ultrasonic power on decolorization efficiency of methyl-orange

　　由图2-7可知，随着功率的增加，甲基橙溶液的脱色率升高。当功率超过250 W以后，甲基橙溶液的脱色率有所下降。这是因为，超声功率的提高一方面会使空化效应增强，整个系统温度都相对升高，使溶液脱色率升高。另一方面功率达到一定值后，空化气泡不能瞬间完全崩溃，使系统可利用的声能效率降低，致使甲基橙溶液的脱色率下降。

　　3正交试验

　　影响甲基橙溶液脱色的因素很多，主要有pH、Fenton试剂的投加量、超声时间、超声频率4个因素。因此，选择L9(3ⅹ4)正交表因素水平见表3-1，结果见表3-2

　　表3-1因素水平表

　　Tab3-1 Factors level table 因素水平 (A)pH (B)Fenton试剂的投加量 (C)超声时间 (D)超声频率 1 3.0 0.5 ml/0.0050 g 20 min 59 kHz

　　2 4.9 0.7 ml/0.0070 g 40 min 40 kHz

　　3 7.0 0.9 ml/0.0090 g 60 min 59 kHz 表3-2 正交试验表

　　Tab.3-2 Orthogonal experiment table 试验号 A B C D 脱色率(%) 1 1 1 1 1 93.45

　　2 1 2 2 2 92.22

　　3 1 3 3 3 95.56

　　4 2 1 2 3 79.68

　　5 2 2 3 1 89.98

　　6 2 3 1 2 50.62

　　7 3 1 3 2 21.53

　　8 3 2 1 3 43.21

　　9 3 3 2 1 1.22

　　K1 93.74 72.11 62.43 75.55

　　K2 73.43 75.14 48.02 54.79

　　K3 21.99 49.13 69.02 72.82

　　R 71.75 26.01 21.00 20.76

　　因素主次 ABCD

　　最优方案 A1B2C3D1 由表3-2可知，pH、Fenton试剂的投加量、超声时间、超声频率对甲基橙脱色率的影响。通过正交实验得出甲基橙溶液脱色的最优方案为A1B3C3D3,理论分析得出的方案为 A1B2C3D1，两者进行对比实验后，得出甲基橙溶液的脱色最优方案为A1B2C3D1，，，此时甲基橙溶液的脱色率为97.86%。

　　4结论

　　(1)通过对比实验知，在US/Fenton协同作用下甲基橙溶液的脱色率达到97.86%，比单独超声或芬顿试剂(无超声)条件下降解效果要好，表明两者有着明显的协同效应。

　　(2)在单因素实验中，得出处理甲基橙废水的最佳实验条件：废水的初始浓度为20 mg.L-1，pH=3，Fenton试剂的质量浓度比为1:30，Fe2+:H2O2的投加量为0.07:2.1，超声功率为

　　250 W，频率为59 kHz，超声时间为60 min。

　　(3)由正交试验，确定影响甲基橙溶液脱色率的主要因素次序为：pH、Fenton试剂的投加量、超声时间、超声频率。

　　参 考 文 献

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