Page 187 - 《精细化工》2021年第10期

第 38 卷第 10 期 精 细 化 工 Vol.38, No.10
2021 年 10 月 FINE CHEMICALS Oct. 2021

水处理技术与环境保护
尖晶石型 c-CuFe O 催化过硫酸盐降解偶氮染料
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4

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王 磊，成先雄 ，连军锋，陈于梁，张舒萌
（江西理工大学 赣江流域水质安全保障工程技术研究中心，江西 赣州 341000）

摘要：以三水合硝酸铜、九水合硝酸铁为原料，在柠檬酸辅助下通过溶胶-凝胶-自蔓延燃烧法制备了尖晶石型纳
米铁酸铜（c-CuFe 2 O 4 ），采用 SEM、EDX、XRD、VSM 对材料进行了表征。利用 c-CuFe 2 O 4 /过硫酸盐（PDS）
体系对偶氮染料活性黑 5（RB5）进行催化氧化处理，考察了 c-CuFe 2 O 4 投加量、初始 PDS 浓度、反应温度、初
始 pH、常见无机阴离子和腐殖酸对催化体系的影响。结果表明，300 ℃煅烧制备得到的 c-CuFe 2 O 4 催化性能最
好，当温度为 25 ℃、RB5 初始质量浓度为 100 mg/L、c-CuFe 2 O 4 -300 投加量为 1 g/L、初始 PDS 浓度为 8 mmol/L、
初始 pH 为 9.00 时，RB5 的去除率可以达到 92.9%，其降解过程遵循准一级动力学模型。猝灭实验发现，催化
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2+
位点在材料表面和孔隙部位，反应依赖材料表面二价铜/三价铜循环以及游离 Cu 的均相催化，SO 4•和•OH 是主
要活性产物。c-CuFe 2 O 4 具有超顺磁性，可以通过磁分离回收，4 次循环实验后能够保持 80%以上的去除率。
关键词：铁酸铜；过硫酸盐；高级氧化；硫酸根自由基；偶氮染料；二价铜/三价铜循环；水处理技术
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2021) 10-2117-08

Degradation of azo dye by catalyzed persulfate with spinel c-CuFe 2O 4

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WANG Lei, CHENG Xianxiong , LIAN Junfeng, CHEN Yuliang, ZHANG Shumeng
（Research Center for Water Quality Security Technology at Ganjiang River Basin, Jiangxi University of Science and
Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi, China）

Abstract: Spinel nano-copper ferrite (c-CuFe 2O 4) was prepared by sol-gel-self-propagating combustion
method using Cu(NO 3) 2•3H 2O and Fe(NO 3) 3•9H 2O as raw materials in the presence of citric acid. The
samples were characterized by SEM, EDX, XRD and VSM. c-CuFe 2O 4/persulfate (PDS) system was used
to catalytic oxidation treatment of azo dye reactive black 5 (RB5). The factors affecting the catalytic system
such as c-CuFe 2O 4 dosage, initial PDS concentration, reaction temperature, initial pH, common inorganic
anions and humic acid were examined. The results showed that c-CuFe 2O 4 prepared by calcination at
300 ℃ exhibited the best catalytic performance. Under the conditions of temperature of 25 ℃, initial mass
concentration of RB5 100 mg/L, dosage of c-CuFe 2O 4-300 1 g/L, initial PDS concentration of 8 mmol/L,
and initial pH 9.00, the removal rate of RB5 reached 92.9%. The degradation process followed a
quasi-first-order kinetic model. Quenching experiments revealed that the catalytic sites were on the surface
of the material and the pores. The reaction depended on the bivalent/trivalent copper cycle on the surface of
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the material and the homogeneous catalysis of free Cu . SO 4 • and •OH were the main active products.
c-CuFe 2O 4 had super paramagnetic and could be recycled through magnetic separation. Moreover, after 4
cycles of c-CuFe 2O 4, the removal rate of RB5 still kept more than 80%.
Key words: c-CuFe 2O 4; persulfate ; advanced oxidation process; sulfate radical; azo dyes; bivalent/trivalent
copper cycle; water treatment technology

[1]
基于过硫酸盐的高级氧化技术（AOPs）近年发 机物 ，并且拥有宽泛的 pH 条件、持续氧化降解能
展迅速，AOPs 可以产生高氧化还原电位和强选择性 力强、经济可靠和环境友好的优点，广泛用于难降
[2]
[3]
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的 SO 4 •和•OH，能够将污染物氧化降解成小分子无 解废水处理 。传统的紫外、热、超声等 催化方法

收稿日期：2021-03-12; 定用日期：2021-06-10; DOI: 10.13550/j.jxhg.20210257
基金项目：国家自然科学基金青年科学基金（51808268）
作者简介： 王 磊（1996—），男，硕士生，E-mail：357379683@qq.com。联系人：成先雄（1977—），男，副教授，E-mail：2233950601@qq.com。