化學實驗室含酚廢水的處理研究

李承志　沈瑞晨　陳李飛　張梅連

【摘 要】對Fenton試劑用于化學實驗室產(chǎn)生的含酚廢水的處理進行了實驗研究。考察了溶液pH值、H2O2濃度、Fe2+濃度等因素對處理效果的影響，得到了Fenton試劑對實驗室含酚廢水處理的適宜條件。

【關鍵詞】含酚廢水；Fenton試劑；處理

大學化學實驗由于項目繁多，故其產(chǎn)生的廢水污染物種類多，每種污染物量少，含量確定，且廢水總量也較少等，根據(jù)其上述特點，在處理化學實驗室廢水時，最好先對濃度較高的單一污染物進行處理，可以起到事半功倍的效果。例如化學實驗中常產(chǎn)生含酚廢水[1-2]，它進入自然界會破壞生態(tài)，造成嚴重的環(huán)境污染。本文選用Fenton試劑[3]來處理化學實驗室含酚廢水，考察了溶液pH值、H2O2濃度、Fe2+濃度等因素對處理效果的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

苯酚；30%過氧化氫；硫酸亞鐵銨；含酚廢水[2]；UV-755型分光光度計；PHS-3C型酸度計；電子天平；容量瓶；燒杯等。

1.2 實驗內(nèi)容

取80ml實驗室含酚廢水，放入250ml燒杯中，磁力攪拌控溫25℃，向廢水中加入一定量的硫酸亞鐵銨，溶解后用1M 鹽酸溶液調節(jié)pH值，然后加入一定量的過氧化氫，不同反應時間后取樣測定廢水中苯酚的含量，用2M 氫氧化鈉溶液調節(jié)反應混合液的pH值，觀察反應現(xiàn)象。

1.3 分析方法

用UV-755型分光光度計，采用標準工作曲線法測定苯酚含量[2]；用PHS-3C型酸度計測定溶液pH值。

2 結果與討論

2.1 酸度對苯酚降解的影響

Fenton試劑具有非常強的氧化能力，F(xiàn)enton反應體系中過氧化氫在亞鐵離子催化作用下，可以產(chǎn)生較多的羥基自由基，其中，F(xiàn)enton反應體系產(chǎn)生·OH的機理[3]：

Fe2++H2O2→Fe3++ HO· +OH-（1）

Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+（2）

酸堿度對Fenton 反應有較大的影響，反應體系的pH值過高或過低都不利于酚類物質的去除，如下表：

由表1可知，pH值的大小對Fenton試劑的氧化效果產(chǎn)生影響，pH值為1左右時，苯酚的降解率為40%以下，pH為5左右時，苯酚的降解率小于80%。由實驗及其反應機理可知，pH 值過高時，溶液中OH-濃度過高導致反應式（1）進行緩慢，從而使整個反應體系生成的·OH的量減少。當 pH 值過低時，抑制反應式（2）的進行，鐵離子很難被還原為亞鐵離子，這會使反應式（1）中所需的亞鐵離子的量不足，這樣也會導致反應系統(tǒng)的·OH的產(chǎn)生量下降，同時pH過低還會加速雙氧水自身分解作用，減緩酚類物質的降解速度，使苯酚的降解速度明顯下降。從實驗數(shù)據(jù)的變化中可以發(fā)現(xiàn)，在處理含0.5g/L的苯酚廢水時，F(xiàn)enton反應體系的最佳pH值是3左右。

2.2 H2O2濃度對苯酚降解反應速率的影響

H2O2投加量對Fenton反應體系的處理效果，在一定范圍內(nèi)，隨著H2O2投加量的增加，F(xiàn)enton反應系統(tǒng)對含酚廢水的去除率不斷增加，當H2O2濃度突破一定的限度，H2O2濃度的增加對反應體系的影響效果不大。

由表2可知，H2O2濃度在一定范圍內(nèi)可以影響Fenton反應系統(tǒng)的處理效果，當H2O2濃度在1.5%以下時，隨著H2O2濃度的增加，苯酚的降解率大幅度上升，當H2O2濃度達到1.5%以后，H2O2濃度的增加對苯酚的降解率不會造成較大影響。這是因為反應體系中H2O2濃度的增加會促使反應（1）、（2）的進行，從而使生成·OH的濃度增加，達到有效促進苯酚分解的效果。當H2O2濃度突破一定的限度，H2O2濃度的增加對·OH的生成產(chǎn)生影響不大。由實驗可得，在處理含有0.5g/L的苯酚廢水探求H2O2最佳濃度的實驗中，所得到的最佳處理條件是：H2O2濃度為1.5%、Fe2+濃度1mmol/L、pH值保持在3左右、40min反應完全。

2.3 亞鐵離子濃度對苯酚降解反應速率的影響

Fe2+在Fenton反應體系中起同質催化劑的作用[3]，反應體系中Fe2+的存在會促進H2O2分解出·OH，而Fe2+的投加量與H2O2的投加量的比例對反應系統(tǒng)的處理效果產(chǎn)生較大的影響。具體情況如下表：

由表3可知，當Fe2+濃度小于0.7mmol/L時，隨著Fe2+濃度的增加，苯酚的降解率會逐漸上升，當Fe2+濃度等于0.7mmol/L時，苯酚的降解率不會發(fā)生較大的變化。當Fe2+的投加量過高時，F(xiàn)e2+的高濃度會快速催化H2O2，反應系統(tǒng)中的·OH快速增加，導致·OH在反應體系中急劇累加，·OH之間的碰撞幾率增加，彼此結合發(fā)生反應生成水，導致部分·OH被消耗，由此可得 Fe2+投加量過高不利于·OH發(fā)揮氧化作用，而且Fe2+投量過高也會使水的色度增加。Fe2+的投加量過低，會使H2O2的分解速率緩慢，使得反應的時間過長，催化效果減弱。合理控制Fe2+投加量與H2O2投加量之比，對Fenton反應體系的處理效果有很大的影響。實驗表明，在處理含有0.5g/L的苯酚廢水中，所得到的最佳處理條件是：H2O2濃度為1.5%、Fe2+濃度0.7mmol/L、pH值保持在3左右、40min反應完全。

3 結論

通過實驗發(fā)現(xiàn)，在25℃下，H2O2濃度為1.5%，F(xiàn)e2+濃度0.7mmol/L，pH值保持在3左右、反應時間為40min左右時，利用Fenton法處理實驗室苯酚廢水，具有顯著效果。

【參考文獻】

[1]張濟新，孫海霖，朱明華.儀器分析實驗[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]曾躍，馬銘，夏紹喜.本科化學實驗（二）[M].湖南：湖南師范大學出版社，2008，304-306.

[3]程麗華，黃君禮，高會旺，等.Fenton試劑降解水中酚類物質的研究[J].重慶環(huán)境科學，2003，25（10）：18-20.

[責任編輯：田吉捷]