基本信息
- 项目名称：
- Fe(III)及其络合物对偶氮染料光降解影响的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 自然界中的铁含量较多、分布广泛，在研究环境污染物的归宿中具有非常重要的作用。在偶氮染料的光降解过程中，Fe(III)可对反应起到催进作用。这是由于光照使三价铁转化为二价铁的同时有羟基自由基生成，羟基自由基的存在可破坏染料的声色官能团，从而使染料脱色降解。且溶液中染料的初始浓度以及加入的三价铁浓度都回对实验产生影响。本实验即在此基础上研究以上几种因素可能对降解实验造成的影响。
- 详细介绍：
- 针对目前日益加重的工业废水污染引起的重大环境问题现状，为了实现保护和改善我们赖以生存的生活环境的目的，人们采用各种方法和手段对多种可行性降解物进行研究。其中以Fe(III)及其络合物光催化降解的方法最为有效。这是由于铁元素是生物必需元素,它在自然界中普遍存在。其价态可变，作为淡水、海水和大气、水中的主要成分之一，铁能以多种形态参与到多种氧化还原反应中。因而在研究环境污染物的归宿中具有非常重要的作用。 此方法的特点在于大大降低了染料降解的成本且其降解原料易于获得，降解速率也相应较快。本实验分为两部分，其一，采用Fe(III)的光诱导反应，以OG作为偶氮染料的代表，研究了水溶液中Fe(III)存在时OG的光降解情况。其二，以染料OG为例，研究不同因素对Fe(III)及其络合物光催化体系降解染料的影响，分别对Fe(III)浓度变化、草酸浓度变化、OG本身浓度变化对光降解的影响进行了研究，并对其体系的降解机理进行了分析。 最终实验结果表明：Fe(III)能有效催进光降解。随Fe(III)、草酸浓度的增加OG的降解速率增加，随OG浓度的减小降解速率增加。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 近年来染料废水尤其是偶氮染料废水引起人们日益的关注，其大范围的工业使用使排放量逐年增加，对人类赖以生存的环境造成危害。因此，基于对污水处理成本、效率等实际因素的考虑，本实验选取水体中普遍存在的Fe进行试验研究，以Fe(III)的光诱导反应为依据，以橙G作为偶氮染料的代表，研究了水溶液中Fe(III)及其络合物存在时橙G的光降解情况。来证实Fe(III)对橙G的降解具有高效、经济的降解特点。
科学性、先进性及独特之处
- 为了保护和改善人类的生存环境，人们采取了各种方法控制染料对环境造成的污染，作为降解成本低，降解原料丰富，降解速度快的Fe(III)光催化降解方法成为环境领域非常活跃的一个研究方向。然而，这种光催化降解的速率受多种因素的影响。本实验通过大量研究，结果表明：随Fe(III)浓度的增加橙G的降解速率增加，随着橙G浓度的增加降解速率减小甚至达到几乎完全降解的程度。
应用价值和现实意义
- Fe(III)对橙G的降解作用，有利于人们将此方法应用到实践中，为保护环境和改善人类生存环境以及对染料污染的控制提供了较为完善、优越的解决方案。降解成本低、降解速度快、效果明显。
学术论文摘要
- 随着近年来工业化生产带来的染料污染对环境的不良影响的日趋加重。染料废水尤其是偶氮染料废水越来越多被人们关注，大量的观察研究表明其对水体、土壤及生态环境等都造成了难以弥补的破坏。 为了减缓解决这一问题，人们采用各种方法对多种可行性降解物进行研究，实验证实铁及其络合物具有很好的光化学反应活性，能加速天然水体中污染物的迁移转化速率。其中以Fe(III)及其络合物光催化降解的方法最为有效。其特点在于讲解速率快，染料降解的成本低且降解原料易于获得。本实验以橙G作为偶氮染料的代表，研究了水溶液中Fe(III)及其络合物存在时橙G的光降解情况及不同因素对这一光催化体系降解染料的影响。
获奖情况
- 董远，孙振，杨国姣，宋益莹。水溶液中Fe(III)引发偶氮染料光降解的研究。大连民族学院学报，2011年第5期。 欧晓霞, 王崇, 张凤杰, 阙丽华, 丁蕾, 马丽娟。三价铁及其络合物光化学行为的研究进展, 环境保护科学. 2010, 36(4), 33-35.
鉴定结果
- 以上发表作品真实可信，具有相关参考价值。
参考文献
- [1]OU X X, QUAN X, CHEN S, et al. Photocatalytic reaction by Fe(III)-citrate complex and its effect on the photodegradation of atrazine in aqueous solution [J]. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2008, 197, 382-388. [2]郭新章, 刘梦军. 磷钨酸-草酸铵-二氧化钛三元混合体系光催化降解甲基橙的初步研究. 孝感学院学报, 2008, 28(6): 35-38. [3]Bokare A D, Chikate R C, Rode C V, et al. Iron-nickel bimetallic nanoparticles for reductive degradation of azo dye Orange G in aqueous solution. Applied Catalysis B: Environmental. 2008, 79: 270-278.
同类课题研究水平概述
- 近年来，随着我国印染产业蓬勃发展，染料行业在迅猛发展的同时也为环境保护带来了巨大的压力。染料特别是偶氮染料（合成染料中为数最多的品种），因其成分复杂、色度高、可生化性差，传统的处理方法如物理法、化学法和生物法，或几种方法联合处理，都难以达到理想的效果，而且容易引起二次污染。 因此偶氮染料的脱色和降解成为水处理领域的热点和难点之一。 大量调查研究显示：不经处理或处理未达标排放的印染废水，不仅对人们的身体健康产生了或多或少的影响，而且对人类赖以生存的水体、土壤及生态环境等，都造成了不可想象的影响。自1964年H R. Eisenhouser首次使用Fenton试剂处理苯酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂应用于废水领域的先例开始。越来越多的学者逐步投入到相关研究中，1991年美国环保局的Zeep先生和瑞士水资源与水污染控制研究所Faust. Holgne先生研究了光照下Fenton试剂反应，发现光照可以大大加速Fenton体系中有机物的降解速度。至目前为止国内外学者广泛采用的针对染料污染的处理方法主要有生物氧化法、化学氧化法、活性炭吸附法、混凝法和电化学法等。本实验即着重于研究水体中Fe(III)及其络合物对偶氮染料光降解的研究。 研究表明：铁和各种有机小分子酸在自然界中广泛存在 ,且具有较好的光化学活性 ,对于环境中的持久性有毒物质有较高的光降解效率。特别是草酸铁络合物因其具有较强的光化学活性而倍受亲睐,利用Fe(III)草酸盐络合物来光催化降解和处理污染物成为环境领域非常活跃的一个研究方向。很多科学工作者进行了对印染废水、农药废水（乙草胺）、城市垃圾填埋场渗滤液等污水降解处理的研究，研究结果显示：同其他方法比较，UV-Vis/H2O2/草酸铁络合物法处理效率较其他方法要高。 一般说来，pH在3~4.9时，草酸铁络合物效果好；pH在4.0~8.0时，Fe(III)柠檬酸盐络合物的效果好。因草酸铁络合物具有较宽的吸收波段，UV-Vis/草酸铁络合物/H2O2法更具发展前途。但人们依然在从事相关的学术研究，以期寻找到更加经济，高效，易于获得的降解材料。
