Fe(Ⅲ)/2,6-吡啶二羧酸活化高碘酸盐强化染料脱色的效能与机制
引用本文:陈文政,苏晗,钟欣洋,等.Fe(Ⅲ)/2,6-吡啶二羧酸活化高碘酸盐强化染料脱色的效能与机制[J].化学试剂,2024, 46(4): 59-64.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0481
背景介绍
有色染料废水是环境中非常重要的污染源之一，由于其难以被天然降解，因此需要使用高效绿色的水处理工艺来处理。传统的污水处理工艺无法有效去除有色染料废水中的有色染料，会对水生生态环境和人类健康造成威胁。
为了解决这个问题，化学氧化技术应运而生，基于高碘酸盐的氧化技术可以高效地将有色染料氧化为无色的化合物。本项目的主要目的是保护生态环境，遵循可持续发展的理念，以各项要求为准则，针对含有色染料残留的水体污染问题，探索了一种高效的化学氧化处理方法。
文章亮点
1.首次提出Fe(III)加2,6-PDA活化高碘酸盐的配位强化策略；
2. 该体系能有效应用于某些高盐离子的废水中（氯离子、硝酸根离子、碳酸根离子和硫酸根离子对该体系降解效果无明显抑制作用），不受背景组分的影响，具有良好的选择氧化性；
3. 该方法降解效率高，亚甲基蓝在已优化的实验参数配置下可在2 min超过97%的降解率，极大减少了时间成本。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 MB的降解实验
MB的降解实验在100 mL的烧杯中进行，反应溶液的体积为50 mL。在实验开始前，先准备6根5 mL离心管，向内分别注入100 μL（0.1 mol/L）Na2S2O3溶液，作为PI的淬灭剂。将MB溶液加入烧杯中，再将预定量的FeCl3溶液与2,6-PDA溶液加入烧杯中，混合均匀，用pH计检测溶液pH，用浓硫酸调节pH至目标pH。最后加入PI溶液开始实验。
2 结果与讨论
2.1 Fe(III)/2,6-PDA/PI体系降解MB染料的性能
图1对比了MB在不同体系的降解效果。结果表明单独的Fe(III)、PI和2,6-PDA均无法有效降解MB；Fe(III)或2,6-PDA也均没有表现出明显的PI活化作用；Fe(III)/2,6-PDA体系对MB的降解也非常有限。而Fe(III)/2,6-PDA/PI体系能够实现MB的快速高效降解。反应120 s后，该体系对MB的降解效率达到97%。
2.2 不同配体的Fe(III)/PI体系降解MB的对比实验
本研究选取了不同类型的有机配体，探究了Fe(III)/PI体系对于配体的种类是否有选择性。如图2所示，当选择2-PA、NIA、EDTA、OA、CIA、L-P作为配体时，120 s内MB的降解效率均不超过20%；只有2,6-PDA作为配体时，120 s内MB降解效率达到了97%，反映该体系有明显降解效果。
2.3 反应条件对Fe(III)/2,6-PDA/PI体系降解MB的影响
本研究探究了Fe(III)和配体浓度对Fe(III)/2,6-PDA/PI体系氧化降解MB的影响。实验结果如图3a、3b所示，本研究探究了Fe(III)和配体浓度对Fe(III)/2,6-PDA/PI体系氧化降解MB的影响。
2.4 无机阴离子和腐殖酸对Fe(III)/2,6-PDA/PI体系降解MB的影响
为了验证该体系是否能应用于存在较高浓度的无机阴离子和腐殖酸的废水中，本研究探究了Cl-、SO42-、NO3-、HCO3-和腐殖酸对该体系的影响。不同条件下体系在120 s内对MB的降解率如图4、5所示。
2.5 Fe(III)/2,6-PDA对PI的活化机理探究
本研究通过淬灭实验探究了Fe(III)/2,6-PDA/PI体系中主导污染物降解的主要活性物质。分别采用叔丁醇（TBA）作为•OH淬灭剂、对苯醌（BQ）作为O2•-淬灭剂、L-组氨酸作为1O2淬灭剂，探究了3种淬灭剂对该体系降解MB的影响，结果如图6所示。
3 结论
3.1 本研究首次发现Fe(III)与2,6-PDA能够通过配位作用协同活化PI降解MB。当PI浓度为200 μmol/L，Fe(III)浓度为10 μmol/L，2,6-PDA浓度为10 μmol/L，pH 3.0时，该体系有最好的降解效果，120 s内可基本完全降解5 mg/L MB。
3.2 该体系不受背景组分的影响，具有良好的选择氧化性，能有效用于高盐离子的废水中（氯离子、硝酸根离子、碳酸根离子和硫酸根离子对该体系降解效果无明显抑制作用）。
3.3 Fe(III)/2,6-PDA/PI体系可能产生高活性中间体1O2，进而实现MB的高效氧化降解。高分辨LC-MS分析结果表明TP-300为可能的主要降解产物。
