Degradación del Negro Ácido 210: Ultrasonido y Reactivos Fenton

Este artículo tiene como objetivo discutir la investigación sobre la degradación del Negro Ácido 210 utilizando ultrasonido combinado con reactivos tipo Fenton, proporcionando una referencia para la degradación del Negro Ácido 210.

El Negro Ácido 210, también conocido como Negro Ácido 210, con número CAS 99576-15-5 y fórmula molecular C34H25K2N11O11S3, se utiliza principalmente para teñir lana, seda, algodón y viscosa, siendo particularmente adecuado para el teñido de cuero.

En los últimos años, con el desarrollo floreciente de industrias como plásticos, fibras sintéticas, petroquímica e impresión y teñido, la contaminación del agua se ha vuelto cada vez más prominente. Entre estas industrias, las aguas residuales de tintes, debido a su alto color, dificultad de biodegradación y composición compleja, se han convertido en uno de los tipos de aguas residuales más desafiantes. La contaminación ambiental ha captado una atención generalizada a nivel mundial, y el tratamiento de aguas residuales, como un área clave en la protección del medio ambiente, especialmente para las aguas residuales de tintes orgánicos refractarios, ha visto un aumento en los esfuerzos de los investigadores para encontrar métodos de tratamiento activamente efectivos.

En los últimos años, el uso de la tecnología ultrasónica para degradar contaminantes en aguas residuales de tintura e impresión ha surgido como un nuevo tratamiento químico y tecnología de degradación. Con el continuo avance de la tecnología ultrasónica en la degradación de compuestos orgánicos en agua, su aplicación en el campo del tratamiento de aguas residuales se ha expandido, especialmente en la degradación de aguas residuales de tintes, mostrando un progreso significativo. La tecnología Fenton ya es bastante madura en el campo del tratamiento de aguas residuales, al reemplazar los iones de hierro divalentes en los reactivos Fenton con iones de hierro trivalentes para formar reactivos tipo Fenton. La aplicación de tales reactivos tipo Fenton combinados con ultrasonido para el tratamiento de aguas residuales de tintes puede aumentar significativamente la velocidad de degradación de las sustancias orgánicas y mejorar la eficiencia de utilización del peróxido de hidrógeno. El efecto sinérgico de estos dos métodos puede promover de manera más efectiva el proceso de degradación de las aguas residuales de tintes.

Yue Dongmei et al. combinaron la degradación ultrasónica con reactivos tipo Fenton para degradar el Negro Ácido 210. Compararon los efectos de la degradación ultrasónica, la degradación por oscilación sin ultrasonido y los métodos que combinan o usan grafito expandido solo, investigando el efecto combinado del ultrasonido. Se demostró que la degradación ultrasónica fue más efectiva bajo las mismas condiciones y el mejor método de degradación se logró cuando se combinó con grafito expandido y reactivos tipo Fenton. Específicamente:

(1) Método experimental:

Preparar una solución madre con una concentración de 500,0 mg/L utilizando agua desionizada. La solución requerida para el experimento se diluye a partir de la solución madre. Preparar soluciones simuladas de aguas residuales de Negro Ácido 210 con concentraciones de 10 mg/L, 20 mg/L, 30 mg/L, 40 mg/L y 50 mg/L. Obtener el espectro de absorción ultravioleta utilizando un espectrofotómetro UV-visible, seleccionar la longitud de onda de absorción óptima y obtener la absorbancia de diferentes concentraciones de Negro Ácido 210 para crear una curva estándar de concentración-absorbancia. Tomar con precisión 50 ml de solución de Negro Ácido 210 con una concentración de 50 mg/L en un matraz cónico, agregar peróxido de hidrógeno (30%), cloruro férrico y grafito expandido en el frasco de reacción según los cuatro grupos mencionados anteriormente con diferentes métodos de tratamiento. Realizar la degradación ultrasónica o por oscilación durante 105 minutos, muestreando cada 15 minutos y detectar la concentración de la solución utilizando un espectrofotómetro UV-visible. Calcular la tasa de degradación utilizando el método espectrofotométrico comúnmente utilizado en los últimos años, midiendo la absorbancia de la muestra de agua en la longitud de onda de máxima absorción, y luego calcular la concentración correspondiente según la curva estándar de concentración-absorbancia. La tasa de degradación se puede expresar como

La tasa de degradación

Donde \(C_0\) es la concentración de la muestra de agua original, y \(C_1\) es la concentración de la muestra de agua tratada.

(2) Selección de picos de absorción característicos de Negro Ácido 210 y preparación de curva estándar:

(3) Comparación de métodos de degradación de Negro Ácido 210:

Se seleccionaron diferentes métodos de degradación para tratar el Negro Ácido 210. El experimento se dividió en cinco grupos: el primer grupo fue el tratamiento del tinte Negro Ácido 210 con ultrasonido combinado con reactivos tipo Fenton y grafito expandido; el segundo grupo fue el tratamiento con ultrasonido combinado con reactivos tipo Fenton; el tercer grupo fue el tratamiento con ultrasonido combinado con grafito expandido; el cuarto grupo fue el tratamiento utilizando grafito expandido y reactivos tipo Fenton bajo oscilación a temperatura constante sin ultrasonido; el quinto grupo fue el tratamiento utilizando solo ultrasonido para degradar el tinte Negro Ácido 210. Comparar los efectos de degradación de estos cinco métodos diferentes.

(4) Resultados:

Las condiciones óptimas de degradación se obtuvieron de la siguiente manera: ultrasonido combinado con grafito expandido y método tipo Fenton. Para la degradación de una solución de 50.0 mg/L de Negro Ácido 210 en 50.0 ml, agregar 0.2 g/L de grafito expandido, 2.72 g/L de peróxido de hidrógeno oxidante, 0.08 g/L de cloruro férrico. Configurar la potencia ultrasónica en 400 W, pH de la solución objetivo = 3 y la temperatura inicial de la reacción a 26℃. Utilizando este método de tratamiento y condiciones variables, la tasa de degradación del Negro Ácido 210 puede alcanzar el 99.92%.

[1] Yue Dongmei, Du Xia, Li Juan. Degradation of azo dyes by ultrasound combined with expanded graphite and Fenton-like reagents [J]. Chemical Management, 2020, (04): 21-22.

[2] Yue Dongmei. Degradation of azo dyes by ultrasound combined with expanded graphite and Fenton-like reagents [D]. Hebei Normal University, 2017.