Fenton氧化法處理水中苯酚的研究

王 靜，趙勝勇，劉 菲

(河南省化工研究所有限責(zé)任公司,河南 鄭州 450052)

Fenton氧化法處理水中苯酚的研究

王 靜，趙勝勇，劉 菲

(河南省化工研究所有限責(zé)任公司,河南 鄭州 450052)

使用fenton氧化法，處理水中苯酚，研究了FeSO4與苯酚質(zhì)量比、H2O2用量、溶液pH值、反應(yīng)時(shí)間對水中苯酚處理效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在苯酚初始濃度為100 mg/L時(shí)，F(xiàn)eSO4與苯酚質(zhì)量比為0.8、H2O2使用量為3.0 mL、溶液pH值為3、反應(yīng)時(shí)間30 min的條件下，苯酚去除率最高可達(dá)95.3%。

fenton；氧化；苯酚

0 引言

有機(jī)物污染是當(dāng)前水體環(huán)境存在的最大問題，尤其是持久性難降解有機(jī)污染物的危害更為嚴(yán)重，而苯酚在酚類物質(zhì)中毒性最大。苯酚(C6H5OH)和其衍生物屬于芳香族化合物，是一種原生質(zhì)毒物，對生物體具有毒害作用，而且很難被降解，是一種重要的有機(jī)化工原料[1-2]。隨著我國焦化、石化、化工、煤氣、化肥、農(nóng)藥、樹脂、塑料、醫(yī)藥等各類工業(yè)的快速發(fā)展，苯酚及酚類化合物已成為水體中主要有機(jī)污染物之一，在世界各國水污染控制中被列為重點(diǎn)解決的有毒有害廢水之一，對人體健康構(gòu)成極大的威脅[3-4]。酚類物質(zhì)是中國68種優(yōu)先控制污染物之一[5-6]。

目前含酚廢水的處理方法有三大類：物理方法(吸附、蒸發(fā)、萃取)、生物方法(細(xì)菌吸附降解)和化學(xué)方法(沉淀、中和和氧化)[7-11]。化學(xué)氧化方法具有氧化能力比較強(qiáng)、分解速度比較快、凈化率比較高、廢水氧化最終分解產(chǎn)物是水和二氧化碳，沒有二次污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。所以近年來,氧化方法處理含酚廢水取得了比較顯著的進(jìn)展。氧化法從大體上分為直接氧化法、催化氧化法兩種方法。

Fenton氧化法是近年來備受關(guān)注的新型高效氧化方法，與其他處理方法相比，它具有處理設(shè)備簡單、反應(yīng)條件溫和、操作簡單、含酚廢水去除率高等優(yōu)點(diǎn)，可有效去除水中的污染物，消毒過程不會產(chǎn)生二次污染和其他毒副作用[12]。本工作以fenton氧化方法對水中的苯酚進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，考察了反應(yīng)時(shí)間、FeSO4與苯酚質(zhì)量比、溶液pH值對苯酚氧化處理的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)所用的含酚廢水為實(shí)驗(yàn)室自配模擬廢水，該廢水含苯酚濃度為100 mg/L。苯酚、氫氧化鈉、鹽酸、H2O2(30%)、FeSO4等試劑均為分析純。

苯酚含量檢測使用美國安捷倫公司1200LC高效液相色譜儀，稱量使用上海精密科學(xué)儀器有限公司FA2204B型電子天平，反應(yīng)攪拌體系使用上海一科DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，離心使用萬豐TD5A離心機(jī)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在250 mL的圓底燒瓶中加入定量100 mL苯酚溶液，放于磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，使用稀鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值后，在磁力攪拌的條件下加入稱量好的FeSO4，使其全溶后，加入一定量的H2O2到達(dá)規(guī)定的時(shí)間后，先用稀鹽酸或者氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系的pH值為中性，然后使用離心機(jī)離心、靜置后取樣，使用高效液相色譜進(jìn)行分析[13]。分別從FeSO4與苯酚質(zhì)量比、H2O2用量、反應(yīng)時(shí)間、溶液pH值幾個(gè)方面來研究fenton氧化法去除苯酚的效果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 FeSO4與苯酚質(zhì)量比對處理效果的影響

在苯酚初始濃度為100 mg/L、溶液pH值為3、H2O2使用量為5 mL、反應(yīng)時(shí)間為60 min 的條件下，考察FeSO4與苯酚質(zhì)量比對苯酚處理效果的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 FeSO4與苯酚的質(zhì)量比對處理效果的影響

由圖1可知，苯酚的去除率隨著FeSO4與苯酚的質(zhì)量比的增加呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢，當(dāng)FeSO4與苯酚的質(zhì)量比為0.2時(shí)，苯酚的去除率僅為34.1%，當(dāng)FeSO4與苯酚的質(zhì)量比值為0.8時(shí)，苯酚去除率達(dá)到了最高的94.3%，繼續(xù)增加，苯酚的去除率有所下降。由圖1可見，F(xiàn)eSO4與苯酚的質(zhì)量比對苯酚的去除率影響較大，高或低都不利于去除苯酚。質(zhì)量比高時(shí)，容易被H2O2氧化為Fe3+，致使H2O2內(nèi)耗，苯酚的去除率下降，并且浪費(fèi)FeSO4[14]。當(dāng)質(zhì)量比過低時(shí)，H2O2被Fe2+催化分解產(chǎn)生的HO·就少，反應(yīng)速率很慢，從而降低了對苯酚的處理效果。因此，本實(shí)驗(yàn)氧化處理水中苯酚所確定的FeSO4與苯酚的質(zhì)量比為0.8。

2.2 H2O2用量對處理效果的影響

在苯酚初始濃度為100 mg/L、溶液pH值為3、FeSO4與苯酚質(zhì)量比為0.8、反應(yīng)時(shí)間為60 min 的條件下，考察H2O2使用量對苯酚處理效果的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 H2O2用量對處理效果的影響

由圖2所知，苯酚去除率隨著H2O2用量的增加呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢，當(dāng)H2O2用量為0.5 mL時(shí)苯酚去除率僅為18.5%，當(dāng)H2O2用量為3.0 mL時(shí)，苯酚去除率達(dá)到了最高的95.3%，繼續(xù)增加H2O2用量，苯酚去除率有所下降。由圖2可見，H2O2用量對苯酚的去除率影響較大，過高或過低都不利于去除苯酚。本實(shí)驗(yàn)氧化處理水中苯酚所確定的H2O2用量為3.0 mL。

2.3 溶液pH值對處理效果的影響

在苯酚初始濃度為100 mg/L、FeSO4與苯酚質(zhì)量比為0.8、H2O2使用量為3.0 mL、反應(yīng)時(shí)間為60 min 的條件下，考察溶液pH值對苯酚處理效果的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 溶液pH值對處理效果的影響

由圖3所知，苯酚去除率隨著溶液pH值的增加呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢，當(dāng)溶液pH值為3時(shí)，苯酚的去除率達(dá)到最高95.3%。所以本實(shí)驗(yàn)氧化處理水中苯酚所確定的溶液pH值為3。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對處理效果的影響

在苯酚初始濃度為100 mg/L、FeSO4與苯酚質(zhì)量比為0.8、H2O2使用量為3.0 mL、溶液pH值為3 的條件下，考察反應(yīng)時(shí)間對苯酚處理效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對處理效果的影響

由圖4可知，苯酚去除率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而提高，在反應(yīng)初期反應(yīng)速度很快，在5 min時(shí)苯酚去除率已經(jīng)達(dá)38.5%，反應(yīng)時(shí)間超過5 min之后，反應(yīng)速度有所減緩，到反應(yīng)時(shí)間為30 min 時(shí)，苯酚去除率為95.3%，已經(jīng)達(dá)到一個(gè)很高的水平。繼續(xù)延長反應(yīng)時(shí)間達(dá)到30～50 min時(shí)苯酚去除率增加很小，幾乎保持不變。所以本實(shí)驗(yàn)氧化處理水中苯酚所需要的反應(yīng)時(shí)間為30 min。

3 結(jié)論

Fenton氧化法處理水中苯酚具有處理設(shè)備簡單、反應(yīng)條件溫和、操作簡單、含酚廢水去除率高等優(yōu)點(diǎn)，可有效去除水中的苯酚。本工作分別對影響苯酚去除率的四個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行試驗(yàn)后得出如下結(jié)論：在初始苯酚濃度為100 mg/L時(shí)，F(xiàn)eSO4與苯酚質(zhì)量比為0.8、H2O2使用量為3.0 mL、溶液pH值為3、反應(yīng)時(shí)間30 min的條件下苯酚去除率最高可達(dá)95.3%。

[1] 羅志勇,鄭澤根,張勝濤.高鐵酸鹽氧化降解水中苯酚的動力學(xué)及機(jī)理研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2009(8):1375-1378.

[2] Braquet C,Subtenat E.Removal of Phenolic Compounds from Aquenous Solution by Activated Carbon Cloths[J].Water Science Technology,1999,39(10-11):201-205.

[3] 楊若明,金 軍.環(huán)境監(jiān)測[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[4] 趙勝勇,劉 菲. 高鐵酸鉀氧化處理水中苯酚的研究[J].工業(yè)用水與廢水,2016,47(1):25-27.

[5] 楊 帆,蔣煜峰,呂青松.氧化處理水中典型酚類污染物研究進(jìn)展[J].北方環(huán)境,2010,22(4):82-85.

[6] 劉啟龍,汪宏杰,趙勝勇,等.氧化法處理含酚廢水的研究進(jìn)展[J].河南化工,2015,32(12):18-21.

[7] 高 超,王啟山.吸附法處理含酚廢水的研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù),2011,37(1):1-4.

[8] 陳治希,劉昭文,楊 凱.微生物降解酚類污染物的研究進(jìn)展[J].廣州化學(xué),2015,40(1):72-78.

[9] 李書珍,王 磊,李 林.光催化降解水中苯酚的研究[J].河南化工,2005,22(1):14-16.

[10] 李成天,朱審林.電催化氧化技術(shù)處理苯酚廢水[J].電化學(xué),2005,11(1):101-103.

[11] 姜 波,李 芬,劉 碩.芬頓試劑處理苯酚廢水的研究實(shí)驗(yàn)[J].黑龍江環(huán)境通報(bào)，2009,33(4):15-17.

[12] 陳傳好,謝 波,任 源,等. Fenton試劑處理廢水中各影響因子的作用機(jī)制[J].環(huán)境科學(xué),2000,21(3):93-96.

[13] 姚華群.液相色譜法測定工業(yè)廢水中的苯酚[J].蘭化科技,1998,16(4):240-242.

[14] Keisuke I,Mohamed G.Aqueous pesticide degradationby hydrogen peroxide /ultraviolet irradiation and Fenton-type advanced oxidation processes: a review[J].Journalof Environmental Engineering and Science,2006,5(2):81-135.

Study on Treatment of Phenol in Water by Fenton Oxidation Process

WANG Jing,ZHAO Shengyong,LIU Fei

(Henan Chemical Industry Research Institute Co.Ltd,Zhengzhou 450052,China)

Fenton oxidation process is employed to treat phenol in water,the effects of mass ratio ferrous sulfate and phenol,H2O2volume,the value of pH value,reaction time on the treatment efficiency are investigated.The results show that when the initial concentration of phenol is 100 mg/L,the best treatment is obtained under the conditions mass ratio of FeSO4to phenol is 0.8,H2O2volume 3 mL,solution pH value 3,reaction time 30 min,the phenol removal rate is 95.3%.

fenton ; phenol ; oxidation

2017-01-15

王 靜(1977-)，女，中級會計(jì)師，在職研究生，從事水處理技術(shù)、污染治理及有機(jī)合成方面的研究工作，電話：15803845966；E-mail:317061162@qq.com。

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1003-3467(2017)04-0028-03