染料废水是我国主要的水污染源之一，其具有水量大、有机污染物含量高、色度高、碱性大、有机物难生化降解等特点，属水处理的难题之一。当前国内外常用的处理方法有化学絮凝法、化学氧化法、吸附法、电化学法、生物处理法和高级氧化等方法。传统的高级氧化技术主要是通过产生羟基这种活性物质去除污染物，而过硫酸盐氧化法是基于硫酸自由基(SO4－•)的一类新的高级氧化技术。过硫酸盐在反应的过程中会被分解，从而产生过硫酸根离子(S2O82－)，分子中含有氧化性较强的双氧键O－O，标准氧化还原电位是+2．02V，接近O3(E0=+2．06V)。但是Na2S2O8相对来说较稳定，通常去除污染物的效率不高，需过渡金属(如钴)催化活化S2O82－分解为SO4－•，其氧化还原电势是2．5～3．1V，能激发产生很多高活性的氧化物质，启动序列自由基的分散和结束的链式反应，将有机污染物分解转化为二氧化碳和无机酸。因此过硫酸盐的氧化方法是基于硫酸自由基的一种高级氧化技术，具有反应稳定、条件温和等优势而被关注和研究。
以橙黄II染料作为污染物，制备沸石载钴活化剂，研究活化剂投加量、初始pH等因素，对沸石载钴活化剂催化过硫酸钠去除橙黄II染料降解效率的影响，并且探究超声波对反应效率的强化作用。
1、材料与方法
1．1 实验仪器与试剂
实验仪器主要有:紫外可见分光光度计(AM1307004);恒温振荡器(DKZ－2);程序控温箱式电阻炉(SX2－2．5－12);X射线衍射仪(TD－3500);冷场发射扫描电子显微镜(SU8010)。
主要试剂有:天然沸石;过硫酸钠;橙黄II;硝酸钴;氢氧化钠;盐酸;甲醇，试剂均为分析纯。
1．2 沸石载钴活化剂的制备
取一定量粒径是100目的沸石投放到硝酸钴浸渍液中，让沸石在硝酸钴溶液里浸渍震荡12h(恒温25℃)，再经105℃烘干，然后磨碎放入程序控温箱式电阻炉用10℃/min的速度进行升温，升温500℃后煅烧2h，自然冷却，对样品进行研磨再过100目标准分样筛，干燥以备使用。
1．3 染料废水橙黄II配制及测定
用橙黄II染料配制的溶液为染料废水进行研究。对不同浓度的染料废水进行200nm－800nm的紫外－可见光谱扫描，观察可得波长484nm时橙黄II溶液的吸光度达到最高。
2、结果与分析
2．1 沸石载钴活化剂的物化特性及其表征分析
2．1．1 活化剂物相组成分析
通过热解得到的沸石载钴活化剂试样的XRD图谱，如下图1所示。
如图1所示，沸石载钴样品有明显的二氧化硅衍射峰，以及对应的钴氧化物的衍射峰，除此之外并未发现其他物质的衍射峰，证明制备的活化剂是沸石载钴活化剂。
2．1．2 天然沸石和活化剂形貌
用冷场发射扫描电子显微镜观察样品的表面特征，如图2所示，对比(a)和(b)图可见，沸石载钴活化剂相较于天然沸石的表面更光滑，表明钴能较好的负载在天然的沸石表面。
2．2 沸石载钴活化剂催化过硫酸钠降解染料废水性能研究
2．2．1 活化剂投加量对染料废水降解的影响
通过控制沸石载钴活化剂的投加量，进行对比实验，结果如图3所示。
由图3可知，沸石载钴活化剂对活化过硫酸盐效果影响明显，随沸石载钴活化剂加入量增多，染料去除效果明显提高。在未加入活化剂条件下，系统对橙黄II降解效果较差，60min降解率为10%，不加入活化剂只加入过硫酸盐，废水只能被部分降解，过硫酸钠本身虽然具有强氧化性，但是在常温条件里特性十分稳定，不会生成含强氧化性活性自由基，所以废水的降解效率不高。当加入0．5g活化剂后，橙黄II降解效果明显提高，增加至60min降解率提高至46%。当活化剂投加量从0．5g增加到2g时，染料废水橙黄II降解率逐渐增加，降解率由46%增加至92%。这可能是因为更多沸石载钴加入量可以增加过硫酸钠分解活性位点，在反应时间相同时被氧化有机物量增大。当活化剂使用量由2g增高到2．5g时候，反应60min降解率都是90%以上，且变化幅度不大，因此实验所用活化剂加入量定为2g。
2．2．2 溶液初始pH对橙黄Ⅱ废水去除的影响
调控橙黄II染料废水的初始pH，得到pH2、4、6、8、10的染料废水进行实验，活化剂的加入量控制在2g，用5%的沸石载钴活化剂，结果如图4所示。
由图4可知，当pH值为2时，反应系统对染料效果降解率最低，60min橙黄II的降解率为64%，随着pH的提高，橙黄II的降解率不断地提高，pH为10时，50min橙黄II的降解率已达96%。活化剂在活化过硫过硫酸钠反应过程中，pH的变化对染料橙黄II的降解影响明显，在反应过程中产生链式反应，在碱性条件下有利于反应产生硫酸根自由基，从而提高了反应系统对染料橙黄II的降解。
2．2．3 超声波对染料废水降解的影响
通过其他手段进一步提高活化过硫酸盐效率，实验采用超声波的方法进一步提高活化效率，将50mL初始浓度是100mg/L的橙黄Ⅱ染料废水的pH值控制为10，投加2g负载为5%的沸石载钴活化剂，再迅速加入2g的过硫酸钠，在室温下将其放入超声波清洗器中开始反应，结果如图5所示。
由图5可以得出，超声作用10min，染料废水的降解是常规振荡下的2倍，几乎与常规振荡50min时的降解效果相近，在10min反应时间时橙黄II的降解率为93%。超声波在反应体系中，可产生超声空化作用，与过硫酸盐发生反应，引发链式反应，形成自由基，对染料橙黄II进行降解，此外空化泡崩溃可产生强的冲击波对橙黄II中的苯环或者化学键进行破坏，使得橙黄II发生降解。
3、结论
制备的沸石载钴活化剂具有较好的活化性能，当染料橙黄II废水的初始浓度是100mg/L时，当钴负载量为5%，沸石载钴活化剂的加入量为2g，溶液的pH为10，过硫酸钠使用量为2g的时候，橙黄Ⅱ的降解效果达到最佳，60min去除率达到96%。超声波对反应具有强化作用，反应时间为10min时去除率即可达到93%。该技术可应用于染料废水处理。（来源：合肥供水集团有限公司，合肥学院生物与环境工程系）
