Page 107 - 《精细化工》2020年第3期

第 3 期 计宏益，等: 前驱体法制备四氧化三铁及其催化性能 ·525·

2.3.2 H 2 O 2 投加量的影响 量会提供更多活性位点给染料分子和 H 2 O 2 [20] ，•OH
作为生成•OH 的反应物，H 2 O 2 的投加量对类芬 生成量随之增加，进而活性艳红 X-3B 降解率增大。
顿反应有着至关重要的作用。在 pH=3 和 Fe 3 O 4 -PR 然而，在催化剂投加量继续增加至 2.0 和 3.0 g/L 时，
投加量为 1.0 g/L 的条件下，考察了 H 2 O 2 的投加量 活性艳红 X-3B 的降解率反而降至 80%和 61%。这
对类芬顿体系降解活性艳红 X-3B 反应的影响，结 是因为，当催化剂投加过量时会发生团聚，限制了
[6]
果如图 6 所示。 反应物在催化剂表面的扩散 ，从而降低了活性艳
红 X-3B 的降解率。此外，过量催化剂也会消耗一
定量的•OH [23] ，如式（8）所示。因此，催化剂投加
量以 1.0 g/L 为宜。
–
≡Fe(II) + •OH → OH + ≡Fe(III) （8）

图 6 H 2 O 2 投加量对降解反应的影响
Fig. 6 Effect of H 2 O 2 dosage on the reaction

由图 6 可知，随着 H 2 O 2 投加量的增加，活性艳
红 X-3B 的降解率呈现先增大后减小的趋势。当

H 2 O 2 的投加量在 0~3.0 mmol/L 递增时，活性艳红 图 7 催化剂投加量对降解反应的影响
Fig. 7 Effect of catalyst dosage on the reaction
X-3B 的降解率从 12%递增至 97%。在不投加 H 2 O 2

的条件下，依然有 12%的活性艳红 X-3B 降解，这
2.4 催化降解反应机理初探
表明单独的 Fe 3 O 4 -PR 对活性艳红 X-3B 具有一定的
为了探明 Fe 3 O 4 -PR 催化 H 2 O 2 降解活性艳红
吸附能力。在一定的 H 2 O 2 投加量范围内，H 2 O 2 催
X-3B 反应的实质，测定了各 pH 条件下，反应
化分解生成•OH 的量随着反应物 H 2 O 2 量的增加而
增加 [22] ，进而活性艳红 X-3B 降解率增大。然而， 120 min 后 Fe 的浸出质量浓度，结果见表 2。Fe 的
浸出质量浓度随 pH 升高而降低，最高为 0.409 mg/L
当 H 2 O 2 的投加量继续增加至 6.0、16.0 mmol/L 时，
（pH=3）。根据文献[23]报道，在 Fe 的浸出质量浓
活性艳红 X-3B 的降解率反而出现下降趋势，此时
度低于 1 mg/L 时，•OH 主要是通过非均相类芬顿反
降解率分别为 92%和 90%。这是因为当 H 2 O 2 的量增
应过程产生，而不是通过均相芬顿反应过程产生。
加至一定量时会与活性艳红 X-3B 发生竞争，过量
另外，在 pH=3 及 Fe 3 O 4 -PR 投加量为 1.0 g/L 的条件
的 H 2 O 2 会与•OH 反应生成氧化电位较低的 HO 2 •或
[7]
者是 O 2 ，如式（6）和（7）所示。因此，H 2 O 2 的 下，120 min 后将催化剂 Fe 3 O 4 -PR 滤出，然后再加
入 H 2 O 2 反应，发现活性艳红 X-3B 几乎不降解。上
投加量以 3.0 mmol/L 为宜。
述实验结果均表明，本实验的催化降解反应是非均
H 2 O 2 + •OH → H 2 O+ HO 2 • （6）
相类芬顿反应过程。
（7）
HO 2 •+ •OH → H 2 O+O 2

2.3.3 催化剂投加量的影响 表 2 在不同 pH 条件下 Fe 的浸出质量浓度
H 2 O 2 是在催化剂催化下反应生成•OH，因此， Table 2 Leaching mass concentration of Fe at different pH
values
催化剂 Fe 3 O 4 -PR 的投加量对活性艳红 X-3B 的降解
pH
反应有重要 影响。在 pH=3 和 H 2 O 2 投加量为
3 4 5 6 7
3.0 mmol/L 的条件下，考察了催化剂投加量对类芬
Fe 的浸出质量浓
顿体系降解活性艳红 X-3B 反应的影响，结果如图 7 0.409 0.201 0.171 0.161 0.161
度/(mg/L)
所示。
由图 7 可知，随着催化剂投加量增加，活性艳 能使活性氧物质（ROS）和自由基失活或将它
红 X-3B 的降解率呈现先增大后减小趋势。当催化 们转换为活性较低物质的化合物称为清除剂 [24] 。反
剂投加量在 0~1.0 g/L 递增时，活性艳红 X-3B 的降 应开始时添加一些清除剂和其他化学试剂能更好地
解率从 3%递增至 97%。这是因为增加 Fe 3 O 4 -PR 的 了解反应过程。分别在反应开始时添加 CHCl 3 、