鐵粉和過氧化氫聯(lián)合降解對氨基苯酚的研究

李 山，韓俊峰

(長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

對氨基苯酚(PAP)屬兩性有機化合物，既有弱酸性、又有弱堿性；化學(xué)性質(zhì)較活潑，既能進行芳氨基和羥氨基的各種反應(yīng)，也能進行苯環(huán)上的取代反應(yīng)，是一種重要的有機中間體，廣泛用于醫(yī)藥、染料、橡膠助劑、感光材料、染發(fā)劑、乙烯基單體聚合抑制劑等精細化學(xué)品的合成。對氨基苯酚具有明顯的刺激和致敏作用，可致基因突變，具有致癌性，很難自然降解，在環(huán)境中會長期存留，對生態(tài)環(huán)境及人類健康危害極大，屬于有毒難降解有機污染物。

目前處理對氨基苯酚廢水的方法有吸附法[1，2]、萃取法[3，4]、氧化法[5～7]等。其中，高級氧化技術(shù)是用固體含鐵催化劑代替亞鐵鹽來分解過氧化氫(H2O2)形成一個非均相的類Fenton反應(yīng)體系，利用產(chǎn)生的強氧化性的羥基自由基來破壞有機污染物分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以達到降解的目的，為后續(xù)生化法的處理創(chuàng)造條件[8～11]，已成為處理難降解有機污染物的研究熱點。

作者在此采用鐵粉和H2O2聯(lián)合去除廢水中的對氨基苯酚，對PAP去除效果的影響因素進行研究，以獲得最佳去除條件，為鐵粉和H2O2聯(lián)合降解廢水中對氨基苯酚的實際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

對氨基苯酚，化學(xué)純；H2O2(質(zhì)量分數(shù)30%)、鐵粉、鹽酸、氫氧化鈉，分析純。

78HW-1型恒溫磁力攪拌器，杭州儀表電機有限公司；320型pH計，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；752型紫外可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 模擬廢水對氨基苯酚溶液的配制

準確稱取2.0000 g對氨基苯酚，加入50 mL質(zhì)量分數(shù)為2%的HCl溶液將其溶解后移入2000 mL的容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，即得質(zhì)量濃度為1 g·L-1的模擬廢水對氨基苯酚溶液。

1.3 鐵粉的預(yù)處理[12]

將鐵粉先在質(zhì)量分數(shù)為5%的NaOH溶液中浸泡1 h，用蒸餾水洗滌至中性；然后在質(zhì)量分數(shù)為1%的HCl溶液中浸泡0.5 h，用蒸餾水洗滌至中性；置于干燥箱中，50℃烘干備用。

1.4 聯(lián)合降解方法

取200 mL質(zhì)量濃度為1 g·L-1的模擬廢水對氨基苯酚溶液于燒杯中，用NaOH或H2SO4調(diào)節(jié)溶液的pH值，分別加入適量的鐵粉和H2O2，在恒溫磁力攪拌器上攪拌反應(yīng)一定時間，過濾，取濾液用紫外可見分光光度計測定對氨基苯酚的殘余含量，計算去除率。

1.5 分析方法

pH值用320型pH計測定；對氨基苯酚的含量用紫外光度法測定，檢測波長為273.0 nm[13]。

2 結(jié)果與討論

2.1 降解定性分析

用紫外光度法測定對氨基苯酚溶液在處理前后的紫外光譜，結(jié)果見圖1。

圖1 對氨基苯酚溶液的紫外吸收光譜

由圖1可見，對氨基苯酚溶液在處理前分別在221.0 nm和273.0 nm處有特征吸收峰，其中273.0 nm是苯環(huán)的特征吸收峰；在鐵粉和H2O2的聯(lián)合作用下，處理后的對氨基苯酚溶液在221.0 nm和273.0 nm處的吸光度明顯下降，尤其是273.0 nm處的吸收峰消失，說明苯環(huán)結(jié)構(gòu)已被破壞，部分對氨基苯酚已降解，證實了降解反應(yīng)的發(fā)生。

2.2 初始pH值對去除效果的影響

分別加入1.7 g鐵粉和2.0 mL H2O2，控制反應(yīng)時間為120 min，考察初始pH值(考慮到初始pH值過小會使鐵粉損失較大，選擇pH值>4.0進行實驗)對去除效果的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 初始pH值對去除率的影響

由圖2可見，對氨基苯酚的去除率受初始pH值的影響很大。隨著初始pH值的增大，去除率逐漸上升，初始pH值為6.5～8.5時，去除率較高，初始pH值為7.0時的去除率最高，說明該法對pH值的要求范圍較寬，適于實際應(yīng)用；初始pH值高于8.5時，由于堿性條件下H2O2的氧化性減弱，F(xiàn)e2+的含量減少，F(xiàn)enton反應(yīng)作用減弱，導(dǎo)致去除率急劇下降。因此，初始pH值以7.0為宜。

2.3 鐵粉加入量對去除效果的影響

固定對氨基苯酚溶液的初始pH值為7.0、H2O2加入量為2.0 mL、反應(yīng)時間為120 min，考察鐵粉加入量對去除效果的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 鐵粉加入量對去除率的影響

由圖3可見，鐵粉加入量對去除率的影響很大。當鐵粉加入量由0.5 g增加到1.5 g時，由于鐵粉的吸附能力和分解H2O2的能力增強，去除率急劇上升；當鐵粉加入量為1.7～2.1 g時，去除率達到最高并趨于穩(wěn)定?？紤]成本因素，鐵粉加入量以1.7 g為宜。

2.4 H2O2加入量對去除效果的影響

固定對氨基苯酚溶液的初始pH值為7.0、鐵粉加入量為1.7 g、反應(yīng)時間為120 min，考察H2O2加入量對去除效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 H2O2加入量對去除率的影響

由圖4可見，H2O2加入量對去除率的影響不大。當H2O2加入量為0.5 mL時就有較高的去除率；當H2O2加入量為1.0～2.0 mL時，去除率達到最高；當H2O2加入量大于2.0 mL時，由于過量的H2O2與產(chǎn)生的·OH發(fā)生反應(yīng)，使·OH的量減少，導(dǎo)致去除率下降。實驗發(fā)現(xiàn)，H2O2的加入量范圍寬且用量較少，可降低成本。因此，H2O2加入量以2.0 mL為宜。

2.5 反應(yīng)時間對去除效果的影響

固定對氨基苯酚溶液的初始pH值為7.0、鐵粉加入量為1.7 g、H2O2加入量為2.0 mL，考察反應(yīng)時間對去除效果的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 反應(yīng)時間對去除率的影響

由圖5可見，在降解初期(20～40 min)，反應(yīng)時間對去除率的影響很大，隨反應(yīng)時間的延長，去除率急劇上升，說明鐵粉和H2O2聯(lián)合降解的反應(yīng)速度較快；隨著反應(yīng)時間的延長(>40 min)，去除率升幅平緩；反應(yīng)時間為80～120 min時，去除率達到最高并趨于穩(wěn)定?？紤]成本因素，反應(yīng)時間以80 min為宜。

3 結(jié)論

采用鐵粉和H2O2聯(lián)合降解去除廢水中對氨基苯酚，在初始pH值為7.0、H2O2加入量為2.0 mL、鐵粉加入量為1.7 g、反應(yīng)時間為80 min時，PAP去除率可達93.6%，有利于廢水后續(xù)的生化處理。該法pH值適用范圍較寬，反應(yīng)條件溫和，試劑對環(huán)境的危害小，去除效果較好，有實際應(yīng)用前景。

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