生物炭催化过硫酸钠降解刚果红的研究(3)
1 材料与方法
1.1 实验原料及仪器
化学试剂和实验仪器如表1、表2所示。
表1 实验中所用试剂
实验药品 纯度 来源
刚果红 分析纯 天津市科密欧化学试剂有限公司
过硫酸钠 分析纯 成都市科龙化工试剂厂
叔丁醇 分析纯 成都市科龙化工试剂厂
L-组氨酸 生化试剂 上海瑞永生物科技有限公司
硝酸 分析纯 上海凌峰化学试剂有限公司
氢氧化钠 分析纯 西陇化工股份有限公司
1.2 实验装置
实验装置主要包括以下几部分：（1）反应装置，反应液体积为50 mL，溶液置于100 mL反应瓶中，实验中通过水浴摇床控制温度以及进行震荡；（2）取样装置，反应过程中取样通过注射器实现，一定时间间隔利用注射器完成取样。
表2 实验中所用仪器
实验仪器 型号 来源
水浴摇床 ZWY-110X30 上海智诚分析仪器制造有限公司
酸度计 ION 2700 美国EUTECH仪器公司
紫外可见分光光度计 Alpha-1506 上海浦元仪器有限公司
分析天平 ISO 9001 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司
总有机碳分析仪 TOC-L 岛津企业管理有限公司
1.3 分析方法
1.3.1 样品刚果红浓度的测定
样品刚果红浓度通过紫外分光光度计(UV-vis spectrophotometry)进行检测。
1.3.2 反应过程中各参数的测定
反应液中的总有机碳（TOC）采用总有机碳分析仪（TOC-L, Shimadzu），反应过程中溶液pH值的变化通过pH计进行检测。
1.3.3 活性中间物质的验证
验证反应过程中是否存在•OH和SO4-•：加入自由基抑制剂。在生物炭/过硫酸钠体系中加入•OH抑制剂叔丁醇，观测其对反应物的降解是否有抑制作用。Cheng[13]等提出，用Fe/S改性过的碳纳米管催化过硫酸盐降解2,4-DCP，其降解过程并非是自由基过程，而是认为过硫酸盐首先以sp2杂化形式结合在碳纳米管上，被碳纳米管上的氧化铁颗粒和铁-硫络合物活化，然后与吸附在碳纳米管上的2,4-DCP迅速反应。为了验证体系中是否存在自由基并且参与刚果红的降解，我们向BC/PS体系中引入L-组氨酸。
1.4 实验步骤
准确配制刚果红储备液（1 g/L），过硫酸钠储备液（10 g/L）。用移液管准确移取2.5 mL刚果红储备液，用移液管准确移取一定体积的过硫酸钠储备液，加水稀释后使反应液总体积为50 mL。用pH计调节pH至指定值。用分析天平准确称取一定量的生物炭。在通过预实验确定的实验条件下，向100 mL反应瓶中加入反应液，随后加入生物炭并开始计时，具体操作方法如下：
(a)水浴恒温到25℃；
(b)向反应器中加入配制好的反应液；
(c)待反应液恒温到25℃后，加入已称好的生物炭并打开计时器开始计时；
(d)在不同的时间间隔，用5 mL注射器从反应瓶中抽取约2 mL样品溶液，样品溶液用0.45 μm水系滤膜过滤除去生物炭获得待测溶液。用移液枪移取1000 μL滤液于比色管中定容至10 mL。
在影响因素生物炭种类实验中，选取花生炭，水稻炭，小麦炭三种生物炭；在影响因素生物炭粒径实验中，选取>60目、60-100目、100-200目、<200目四个水平；在影响因素pH实验中，选取pH = 3.0、5.0、7.0、9.0和11.0五个水平；在影响因素生物炭用量实验中，选取0.5、1.0、1.5、2.0 g/L四个水平；在影响因素过硫酸钠浓度实验中，选取0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 g/L五个水平。