Fenton氧化法處理苯酚廢水的研究

王瑩瑩，趙業軍

(武漢東湖學院 生命科學與化學學院，湖北 武漢 430212)

苯酚是一種重要的化工原料，可用于生產或制造炸藥、涂料、除涂劑、橡膠、木材防腐劑、紡織物、藥品、酚醛塑料和其他塑料，以及聚合物的中間體等，用途非常廣泛[1]。它也是是世界上公認的一種高致癌物質，是我國優先控制的污染物之一，同時也是美國環保局列出的129種優先控制的污染物之一[2]。近年來，隨著高級氧化技術的發展，Fenton 試劑在處理含酚廢水中的應用成為研究熱點[3]。Fenton試劑就是又稱芬頓試劑[4]，是由H2O2溶液和Fe2+的溶液混合而成的，試劑具有強氧化性，因為在Fe2+作為催化劑，使H2O2分解出的OH·具有很強的氧化性。Fenton氧化法與其他方法處理廢水技術相比較，具有反應條件溫和、操作過程簡單方便、反應時間短等優點，而引起眾多研究人員的關注，因此研究具有廣泛應用的苯酚廢水的Fenton處理方法是具有積極意義的。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及試劑

紫外可見分光光度計(上海儀器有限公司)，苯酚，過氧化氫，硫酸亞鐵，硫酸，氫氧化鈉都是分析純。

1.2 模擬廢水的配制

首先配制苯酚濃度為1 g/L儲備液，然后移取100mL濃度為1g/L的苯酚儲備液，用去離子水定容到1L容量瓶，搖勻，即得100mg/L含苯酚的模擬含酚廢水。

1.3 苯酚的測定

苯酚的測定使用紫外可見分光光度計，測定波長269.0nm的吸光度。

1.4 實驗方法

室溫下，取100mg/L的苯酚模擬廢水于錐形瓶中，調至所需pH值，加入一定量的FeSO4和H2O2溶液，攪拌反應一定時間后，將溶液pH 值至中性，測量其吸光度，計算出溶液中剩余苯酚的濃度。研究不同H2O2濃度、FeSO4濃度、pH值、反應時間、干擾離子等因素對苯酚的去除率的影響。

苯酚的去除率計算方法見公式1。

(1)

式中， C0起始溶液中苯酚濃度，mg/L；Ct吸附后溶液中苯酚濃度mg/L。

2 結果與討論

2.1 H2O2濃度對苯酚去除率的影響

室溫下，苯酚初始濃度為 100 mg/L，溶液 pH 值為4、FeSO4濃度為1mmol/L、反應時間為30 min 的條件下，考察H2O2濃度對苯酚處理效果的影響，結果見圖 1。

從圖1可以看出，隨著H2O2濃度增加苯酚的去除率先增大，而后出現略微的下降。這是因為在H2O2的濃度較低時，隨著H2O2的濃度增加反應生成的OH·量增加；當H2O2的濃度過高時，過量的H2O2與最初生成的OH·作用，這樣既消耗了H2O2又抑制了OH·的產生，所以反應受到影響，導致苯酚去除率略有下降，所以最佳的H2O2濃度為10mmol/L。

圖1 H2O2濃度對苯酚去除率的影響

2.2 FeSO4濃度對反應的影響

室溫下，苯酚初始濃度為 100 mg/L，溶液 pH 值為 4、H2O2濃度為10mmol/L、反應時間為30 min 的條件下，考察FeSO4濃度對苯酚處理效果的影響，結果見圖2。

圖2 FeSO4濃度對苯酚去除率的影響

從圖2可以看出，當Fe2+的濃度小于0.80mmol/L時，隨著Fe2+濃度的增加苯酚去除率增大，原因是Fe2+作為催化劑，開始可以加快反應的進行，催化H2O2生成OH·的速度很快；而當Fe2+的濃度高于于0.80mmol/L時，隨著Fe2+的濃度增加苯酚去除率不再增加反而有減小的趨勢，當Fe2+過量時，它還原H2O2的同時還自身氧化為Fe3+，消耗藥劑的同時增加出水色度，影響反應的進行，所以最佳的FeSO4濃度為0.80mmol/L。

2.3 pH值對反應的影響

室溫下，苯酚初始濃度為 100 mg/L，H2O2濃度為10mmol/L，FeSO4濃度0.8mmol/L，反應時間為30 min 的條件下，考察pH值對苯酚處理效果的影響，結果見圖3。

圖3 不同pH值溶液苯酚去除率效果比較

從圖3可以看出，pH值過高或過低都會影響苯酚的去除率。pH值 太低會抑制Fe3+很難被還原為Fe2+, 所以此時去除率較低。pH值 升高將抑制H2O2的分解使·OH的產生數量減少，使去除率下降。所以最佳的pH值為4。

2.4 反應時間對反應的影響

室溫下，苯酚初始濃度為 100 mg/L，H2O2濃度為10mmol/L，FeSO4濃度0.8mmol/L，pH值為4的條件下，考察反應時間對苯酚處理效果的影響，結果見圖4。

由圖4可知， Fenton 試劑去除酚類物質的速率非常快，30min就可以達到98%以上，30min以后增加不是很大，所以Fenton 試劑處理苯酚所需時間短，這便于在實際生產中應用。

圖4 不同反應時間苯酚去除率效果比較

2.5 干擾離子競爭實驗

實際工業含酚廢水中常含有一定濃度的氯離子和硫酸根離子,為考察兩種無機離子對Fenton試劑氧化苯酚的影響,實驗在苯酚水樣中加入不同劑量的500mg/L氯離子和500mg/L 硫酸根離子,通過分析苯酚去除率的變化來考察其影響,實驗結果如圖5所示。

圖5 干擾離子對苯酚去除率的影響

由圖5看出，氯離子和硫酸根離子的存在對Fenton試劑的氧化能力影響不大，所以去除率沒有明顯變化。

3 結論

室溫下利用Fenton試劑對100 mg/L的苯酚廢水進行處理最佳的工藝條件為H2O2濃度為10mmol/L，FeSO4濃度0.8mmol/L，pH值為4，反應時間為30min，去除率可達98%，干擾離子500mg/L氯離子和500mg/L 硫酸根離子對其影響不大，此法實際利用價值很高，此研究可為實際應用提供了理論依據。

[1] Jadhav D N,Vangara A K. Removal of phenol from waste water using sawdust,polymerized sawdust and carbon sawdust.Indian Journal of Chemical Technologie,2004,11:35-41.

[2] Uddin M T,Islam M S and Abedin M Z.Adsorption of phenol from aqueous solution by water hyacinth ash.ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences,2007,2(2):11-17.

[3] Babuponnusami A,Muthukumar K.Advanced oxidation of phenol:A comparison between Fenton,electro-Fenton, sono-electro-Fenton and photo-electro-Fenton processes[J].Chem Eng J,2012,183:1-9.

[4] Masten S J,et al.There are more than 40 municipal Wastewater treatment plants in the united states that have ozonization facilities[J].Environ Sci Technol,1994,28(2):181A-185A.