臺灣博碩士論文加值系統

摘 要

費頓試劑的使用屬於廢水處理中的高級氧化法之一，可利用其氫氧自由基的強大氧化能力，使染料達成不錯的去色效果。本文嘗試以費頓試劑處理 Reactive Orange 16染料以進行去色的可行性評估，並探討費頓試劑中各反應物濃度及溫度對反應的影響。
本研究可獲得以下的結論：
(1)利用費頓試劑來處理去色Orange 16染料具有相當的可行性。
(2)染料濃度在費頓反應中反應速率定律式中的級數是一級。
即Rate = kobs〔Dye〕1。
(3)鐵離子濃度愈大，Orange 16染料去色反應愈快。鐵離子濃度在Fenton反應中應屬一級反應物。
(4)過氧化氫濃度愈小時，Orange 16染料去色反應愈快。過氧化氫濃度在Fenton反應中應屬負一級反應物。
(5)低濃度的硫酸有助於 Orange 16 染料的去色。硫酸濃度在Fenton反應中應屬負一級反應物。
(6)溫度愈高，有助於 Orange 16 染料的去色反應。由活化能的大小得知，費頓反應的決定步驟為自由基與分子間的反應。

k6
OH‧+ Dye OH‧．．．．Dye
k-6
(7)亞鐵離子在費頓反應中Orange 16染料去色的反應速率大於鐵離子。而且亞鐵離子的濃度有助於Orange 16染料的去色反應。
(8)處理4.0×10-5M的Orange 16染料，反應最佳條件為[Fe3+]0=8.0×10-4M、 [H2O2]0=0.02M、[H2SO4]0=6.0×10-4M、T =室溫
(9)反應的速率定律式：

Abstract

The use of Fenton’s reagent belongs to one of advanced oxidation process(AOP) in wastewater treatment techniques. We can make use of the powerful oxidizing reactions of hydroxyl radical(．OH )to make colorant wastewater effectively decolorized . This study attempts to use Fenton’s reagent to approach Orange 16 to evaluate the practicability of decoloration, and to explore the effects of every substrates concentration and temperature in Fenton reaction.
The following conclusions of the study are :
(1) Using Fenton’s reagent to decolorize Orange 16 dye is quite practicable.
(2) It is first-order with respect to colorant concentration; that is, the rate equation is Rate = kobs〔Dye〕1 .
(3) It is first-order with respect to ferric ion concentration. Increasing ferric ion concentration is beneficial to the reaction.
(4) It is negative first-order with respect to hydrogen peroxide concentration. Decreasing hydrogen peroxide concentration is beneficial to the reaction.
(5) It is negative first-order with respect to sulfuric acid concentration. Decreasing hydrogen peroxide concentration is beneficial to the reaction.
(6) Higher temperature is beneficial to the reaction. According to the Ea value of reaction, the determining step may be the step of hydroxyl radical with the dye. k6
OH‧+ Dye OH‧．．．．Dye
k-6
(7) The ferrous ion is more beneficial to the reaction than the ferric ion. Increasing ferrous ion concentration is beneficial to the reaction.
(8) When colorant concentration is 4.0×10-5M, the optimal condition is room temperature , [Fe3+]0=8.0×10-4M , [H2O2]0=2.0×10-2M, [H2SO4]0=6.0×10-4M
(9) The rate equation is

目 錄

中文摘要………………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要………………………………………………………………………Ⅱ
目錄 …………………………………………………………………………..Ⅲ
表目錄…………………………………………………………………………Ⅴ
圖目錄…………………………………………………………………………Ⅵ
第一章 緒論……………………………………………………………………1
1-1 前言…...……………………………………………………………………1
1-1-1 引言 .…………………….………………………………………………1
1-1-2 染整廢水的特性與處理 .………………...……………………………2
1-1-2 高級氧化程序的運用…………………………………………………3
1-1-3 Fenton 法簡介……….…………………………………………………3
1-1-4 Fenton 程序去除有機物之影響因素…….……………………………5
1-1-5 染料(Dyes) ………………………………………………………………7
1-1-5-1染料簡介……………………..…………………………………………7
1-1-5-2染料分類…………………………………………………………..……8
1-1-5-3 偶氮染料………………………………………………………….……9
1-1-5-4 Reactive Orange 16 染料（RO16）…………………………………10
1-1-5-5 利用費頓試劑處理不同染料的結果比較…...….….……......…...… 11
1-2 研究動機…………………………………………………………..………12
1-3 研究主題 ………………………………………………………………... 13
1-4 研究目的…………………………………………………………..……... 14
第二章 實驗部分…………………………………………………………...…15
2-1 實驗藥品配製……………………………………………………..………15
2-1-1 Fenton 反應用的藥品…………………………………………………..15
2-1-2 標定藥品………………………………………………………………..16
2-2 溶液的標定……………………………………………………………..…17


2-3 實驗儀器與統計軟體……………………………………………………..19
第三章 結果……………………………………………………………...20
3-1 染料在不同pH值時的吸收度…………………………………………….20
3-2 硫酸、過氧化氫、鐵鹽、亞鐵鹽吸收度之掃描……………………………22
3-3 染料之檢量線……………………………………………………………..24
3-4 改變鐵離子濃度的數據結果分析………………………………………..25
3-5 改變過氧化氫濃度的數據結果分析……………………………………..33
3-6 改變硫酸濃度的數據結果分析…………………………………………..43
3-7 改變反應溫度的數據結果分析…………………………………………..52
3-8 改變亞鐵離子濃度的數據結果分析……………………………………..60
第四章 討論……………………………………………………………...61
4-1 利用費頓試劑處理染料之可行性………………………………………..61
4-2 Orange 16 染料濃度在費頓反應中的級數………………………….…61
4-3 鐵離子濃度對費頓反應的影響…………………………………………..62
4-4 過氧化氫濃度對費頓反應的影響………………………………………..62
4-5 硫酸濃度對費頓反應的影響……………………………………………..63
4-6 溫度對費頓反應的影響…………………………………………………..63
4-7 亞鐵離子濃度變因對實驗的影響………………………………………..64
4-8 本實驗的最佳處理條件…………………………………………………..64
4-9 速率方程式………………………………………………………………..65
4-10 本實驗可能機構…………………………………………………………66
4-11 利用費頓試劑處理不同染料的結果比較………………………………69
第五章 結論……………………………………………………………...70
第六章 參考文獻……………………………………………………………...72


表目錄

表1-1 吸收光線及其補色關係表…………………………………………..7
表1-2 Fenton 試劑處理不同染料的結果比較……………………………...11
表3-1-1 pH=1-10不同波長的染料吸收度…………………………………21
表3-3-1 不同濃度染料在波長 493 nm 之吸收度…………………………24
表3-4-1 6×10-4M鐵離子反應時，染料吸收度隨時間的變化之分析表..26
表3-4-2 以不同濃度的鐵離子進行反應，染料的吸收度隨反應時間的變化29
表3-4-3 以不同濃度的鐵離子進行反應，其染料濃度之反應級數分析表.30
表3-4-4 不同濃度的鐵離子之kobs值對濃度作表………………………..…31
表3-4-5 不同濃度鐵離子之ln kobs對ln〔鐵離子〕作表…………………32
表3-5-1 5.0×10-2M過氧化氫反應時，染料吸收度隨時間變化之分析表.34
表3-5-2 以不同濃度的過氧化氫反應，染料的吸收度隨反應時間的變化…38
表3-5-3 以不同濃度的過氧化氫進行反應，染料濃度之反應級數分析表.39
表3-5-4 不同濃度的過氧化氫之kobs值對濃度作表………………………..40
表3-5-5 不同濃度的過氧化氫之kobs值對濃度倒數作表…………………..41
表3-5-6 不同濃度的過氧化氫之1/kobs值對濃度作表………………...…42
表3-6-1 8.0×10-4M硫酸反應時，染料吸收度隨時間的變化之分析表…44
表3-6-2 以不同濃度的硫酸進行反應，染料的吸收度隨反應時間的變化…47
表3-6-3 以不同濃度的硫酸進行反應，其染料濃度之反應級數分析表….48
表3-6-4 不同濃度的硫酸kobs值對濃度作表…………………………..… 49
表3-6-5 不同濃度的硫酸kobs值對濃度倒數作表……………………...…50
表3-6-6 不同濃度的硫酸1/kobs值對濃度作表………………………….....51
表3-7-1 溫度為303.15K時，染料吸收度隨時間的變化之數據分析表.…53
表3-7-2 在不同溫度下進行反應，染料的吸收度隨反應時間的變…..……56
表3-7-3 在不同溫度下反應，其染料濃度之反應級數分析表……………57
表3-7-4 各種不同的溫度下反應之kobs值對反應溫度作表.………………58
表3-7-5 各種不同的溫度下反應之lnkobs值對反應溫度倒數作表………59
圖目錄

圖1-1 費頓反應的反應機制……………………………………………………5
圖1-2 Reactive Orange 16 染料之化學結構…………………………..……10
圖3-1-1 pH=3.6時，濃度2.5×10-4M染料之UV-Vis 吸收度掃描………….20
圖3-2-1 濃度為7.5×10-4 M硫酸溶液吸收度掃描 ………………………….22
圖3-2-2 濃度為2.0×10-2M過氧化氫溶液吸收度掃描 …………………….22
圖3-2-3 濃度為4.5×10-4M鐵離子溶液吸收度掃描…………………….……23
圖3-2-4 濃度為1.0×10-4M亞鐵離子溶液吸收度掃描……………….………23
圖3-3-1 染料隨濃度改變的吸收度變化圖……………..……………………24
圖3-4-1 6×10-4M鐵離子反應時，染料的吸收度隨時間的變化圖…..……25
圖3-4-2 以A-A∞對反應時間作圖(零級反應) ………………………………27
圖3-4-3 以ln(A－A∞ /A0－A∞)對反應時間作圖(一級反應) ……………..…28
圖3-4-4 以1/(A－A∞) 對反應時間作圖(二級反應) ……………………...28
圖3-4-5 不同的鐵離子之kobs值對濃度作圖………………………..………31
圖3-4-6 不同濃度鐵離子之lnkobs值對ln〔鐵離子〕作圖………..……….32
圖3-5-1 5.0×10-2M過氧化氫反應時，染料的吸收度隨時間的變化圖…...33
圖3-5-2 以A-A∞對反應時間作圖(零級反應) ………………………………35
圖3-5-3 以ln(A－A∞/A0－A∞)對反應時間作圖(一級反應) …………..……36
圖3-5-4 以1/(A－A∞) 對反應時間作圖(二級反應) ……………………...…37
圖3-5-5 不同濃度的過氧化氫kobs值對濃度作圖………………...………….40
圖3-5-6 不同濃度的過氧化氫之kobs值對濃度倒數作圖………………...….41
圖3-5-7 不同濃度的過氧化氫之1/kobs值對濃度倒數作圖………………....42
圖3-6-1 8.0×10-4M硫酸反應時，染料的吸收度隨反應時間的變化圖……43
圖3-6-2 以A-A∞對反應時間作圖(零級反應) …………………….…………45
圖3-6-3 以ln(A－A∞/A0－A∞)對反應時間作圖(一級反應) …………...……46
圖3-6-4 以1/ (A－A∞) 對反應時間作圖(二級反應) …………………......…46
圖3-6-5 不同濃度的硫酸之kobs值對濃度作圖………………………..…..…49


圖3-6-6 不同濃度的硫酸kobs值對濃度倒數作圖……………………...….…50
圖3-6-7 不同濃度的硫酸之1/kobs值對濃度作圖………………………..…51
圖3-7-1 當溫度控制為303.15K時，染料吸收度對時間的關係圖….………52
圖3-7-2 以A-A∞對反應時間作圖(零級反應) ………………………….……54
圖3-7-3 以ln(A－A∞/A0－A∞)對反應時間作圖(一級反應) …………...……55
圖3-7-4 以1/(A－A∞) 對反應時間作圖(二級反應) …………………...……55
圖3-7-5 各種不同的溫度下反應之kobs值對反應溫度作圖………………58
圖3-7-6 各種不同的溫度下反應之lnkobs值對反應溫度作圖………………59
圖3-8-1 不同的亞鐵離子濃度時，染料吸收度隨時間的變化圖……………60

第六章 參考文獻

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