Page 168 - 《精细化工》2023年第1期
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·160· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷
Mn +2OH Mn(OH) （13） 为铁氧化物、铁氢氧化物和锰的氧化物。
2+
2
2 Mn(OH) 2 O 2 2MnO(OH) （14） （2）通过三维荧光光谱图分析可知，甲基橙模
2
Mn 2+ O H O MnO(OH) （15） 拟染料废水中主要存在类溶解性微生物代谢产物以
2 2 2 及类腐殖酸类物质，经 Fe/Mn/C 三元微电解处理后，
为了进一步研究 Mn 对 Fe/C 微电解反应速率的
甲基橙分子的结构发生变化，偶氮键或磺酸基被氧
影响，利用准一级动力学方程对 Fe/Mn/C 微电解和
化去除，苯环结构遭到破坏，生成含有不饱和键或
Fe/C 微电解体系降解甲基橙的过程进行动力学研
共轭键的短链化合物。
究，该方程如式（16）所示：
（3）通过紫外-可见吸收光谱可知，Fe/Mn/C 三
ln 0 ln t kt （16） 元微电解体系降解甲基橙模拟染料废水时，反应
式中：ρ 0 为甲基橙初始质量浓度，mg/L；ρ t 为反应
15 min 偶氮键和苯环的特征吸收峰强度大幅度下
t 时刻甲基橙质量浓度，mg/L；k 为反应速率常数， 降，微电解体系处理后，苯环结构被打开、偶氮键
–1
min ；t 为反应时间，min。
断裂，并使甲基橙分解成小分子物质便于去除，脱
图 8 为甲基橙降解反应动力学曲线。由图 8 可
色效果显著，Fe/C 微电解体系降解甲基橙模拟废水
知，Fe/Mn/C 微电解和 Fe/C 微电解体系降解甲基橙 时有其他中间产物生成。Fe/Mn/C 三元微电解体系
2
均符合准一级反应动力学方程（R 分别为 0.99337
最佳反应 pH 为 4，相比于 Fe/C 微电解体系，pH 适
和 0.99797）。Fe/C 微电解体系的反应速率常数为 用范围略有扩宽。
–1
–4
5.7381×10 min ，当 Mn 加入后，反应速率常数提
（4）通过对 Fe/Mn/C 微电解和 Fe/C 微电解体
–4
–1
高至 9.3834×10 min ，Fe/Mn/C 微电解体系对甲基
系反应动力学分析可知，甲基橙的降解符合准一级
橙的降解速率显著高于 Fe/C 微电解体系。这是因为
反应动力学方程，Fe/Mn/C 微电解反应速率常数为
与传统 Fe/C 微电解体系相比，Mn 的加入使微电解 9.3834×10 min ，显著高于 Fe/C 微电解反应速率
–1
–4
体系在生成 Fe/C 原电池的基础上，又生成了 Mn/C 常数（5.7381×10 min ）。Mn 使微电解体系额外生
–4
–1
和 Fe/Mn 原电池，增加了原电池与电子受体的数量， 成了 Mn/C 和 Fe/Mn 原电池，同时生成氧化能力较
提高了电子传输效率，使污染物的降解速率加快。 强的 MnO 2 、Mn 2 O 3 和 Mn 3 O 4 ，增加了原电池与电子
2+ –
同时，Mn 在 OH 存在下生成 Mn(OH) 2 ，Mn(OH) 2 受体的数量，提高了电子传输效率，增强了微电解
被水解成氧化能力较强的 MnO 2 、Mn 2 O 3 和 Mn 3 O 4 ， 反应的氧化还原能力，使污染物的降解速率加快。
增强了微电解反应的氧化还原能力，提高了有机物 本文分析了经 Fe/Mn/C 三元微电解工艺处理前
的降解效率。 后模拟染料废水的有机物成分变化，揭示了模拟染
料废水中有机物的降解机理，通过反应动力学分析
Fe/Mn/C 和 Fe/C 微电解体系的反应速率，为 Fe/C
微电解工艺的改进提供了理论依据。后续会进一步
研究如何改进 Fe/Mn/C 三元微电解体系（如将
Fe/Mn/C 微电解填料制成规整化材料、采用超声等
辅助手段对微电解进行强化以及加入少量两性金属
作为催化剂强化微电解等），使 COD、色度的去除
率更高，同时对 Fe/C 微电解工艺的改进（例如，加
入 Al、Cu 的微电解体系）进行更深入的研究。
图 8 甲基橙降解反应动力学曲线 参考文献：
Fig. 8 Kinetic curves of MO degradation reaction under [1] DOS SANTOS R F, RAMLOW H, DOLAN N, et al. Influence of
different microelectrolysis systems different textile fibers on characterization of dyeing wastewater and
final effluent[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2018,
190(11): 1-12.
3 结论 [2] BILAL M, ASGHER M, PARRA R, et al. An innovative and
environmental responsive technology to tackle dye-based industrial
pollutants[J]. Science of the Total Environment, 2017, 576(1):
（1）通过 SEM-EDS、傅里叶变换红外光谱以及 646-659.
拉曼光谱分析可知，反应前的铸铁屑及活性炭表面 [3] WANG L (王磊), CHENG X X (成先雄), LIAN J F (连军锋), et al.
Degradation of azo dyes by catalyzed persulfate with spinel
存在大量孔隙，金属锰的表面较为平滑，反应后的 c-CuFe 2O 4[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2021, 38(10): 2117-2124.
铸铁屑、金属锰和活性炭表面被大量沉积物所覆盖， [4] HU H N (胡海娜), LYU L H (吕丽华), XIONG X Q (熊小庆), et al.
Research progress of dyes suitable for textile fluorescent dyeing and
空隙被堵塞，反应过程受到阻碍；表面附着物主要 their applications[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2020, 37(6):
