過硫酸鹽高級氧化法處理苯酚廢水試驗研究

任志強

摘 要：本文以模擬苯酚廢水為處理對象，對過硫酸鹽高級氧化法處理苯酚廢水進(jìn)行試驗研究。綜合實驗條件的苛刻性以及經(jīng)濟性等因素考慮，選擇pH為3.0、反應(yīng)時間4h、過硫酸鹽的濃度為50mM為最佳實驗條件。

關(guān)鍵詞：過硫酸鹽;苯酚;高級氧化;廢水處理

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.25.328

1 實驗部分

1.1 實驗試劑

苯酚（AR），過硫酸鈉（Na2S2O8，≥98%），鐵氰化鉀（K3Fe（CN）6），氯化銨（AR，99.5%），甲醇（AR，99.5%），三氯甲烷（99.8%），成都科龍化工試劑廠;4-氨基安替比林（98%），上海科豐實業(yè)有限公司，氨水（AR，25-28%），成都市科隆化學(xué)品有限公司。實驗用水為去離子水。

1.2 實驗儀器

水浴恒溫振蕩器SHA-C，常州市恒文儀器制造有限公司;可見分光光度計V-1800型，上海美譜達(dá)儀器有限公司;集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S，鞏義市予華儀器有限公司;循環(huán)水式真空泵SHZ-DⅢ，鞏義市予華儀器有限公司;超聲波清洗機JP-020S，深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司;電子分析天平ALC-210.4，北京賽多利斯儀器有限公司。

1.3 分析方法

1.3.1 苯酚標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)備8只50mL的具塞比色管，分別加入苯酚溶液（10mg/L）12.50、10.00、7.00、5.00、3.00、1.00、0.50、0.50mL，再加入30mL超純水預(yù)稀釋，然后加入氯化銨溶液0.5mL，調(diào)節(jié)pH為10.0，再加入4-氨基安替比林溶液1.0mL，搖勻后加入鐵氰化鉀溶液1.0mL，然后加超純水稀釋至刻度線，充分混合后，靜置反應(yīng)10min，以超純水為參比液，用可見分光光度計測定波長為510nm處的吸光度值。

試樣中揮發(fā)酚的濃度計算公式：

式中：a---標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距值;

b---空白實驗的吸光度值;

As---試樣的吸光度值;

Aa---標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距值;

ρ---試樣中揮發(fā)酚的質(zhì)量濃度，mg/L;

V---試樣的體積（ml）

1.3.2 實驗分析方法

在250mL的錐形瓶中，加入一定質(zhì)量的過硫酸鈉，再加入100mL已調(diào)節(jié)pH的模擬苯酚廢水，蓋上玻璃塞，在集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上反應(yīng)一定時間，取出后用循環(huán)水真空泵進(jìn)行抽濾。取1.0mL濾液進(jìn)行稀釋，按照4-氨基安替比林分光光度法測定苯酚含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)體系pH對苯酚降解率的影響

在6個250mL的錐形瓶中加入過硫酸鈉（110mM）和還原鐵粉（1g/L），將100mL預(yù)先調(diào)節(jié)好pH為1.0、3.0、5.0、7.0、9.0、11.0的模擬苯酚廢水分別加入到6個錐形瓶中，用玻璃塞蓋嚴(yán)，在溫度為25℃、轉(zhuǎn)速為130r/min的條件下于水浴恒溫振蕩器上反應(yīng)3h。將反應(yīng)后的液體進(jìn)行抽濾，并準(zhǔn)確量取濾液1.0mL，用4-氨基安替比林直接分光光度法測定苯酚含量。

根據(jù)實驗現(xiàn)象觀察可知，苯酚的去除率隨pH的增大呈先降低后升高的趨勢。在酸性或堿性越大的環(huán)境中，苯酚的去除率越高，而在中性環(huán)境下，苯酚的去除率最低，這說明不論在堿性還是酸性環(huán)境中，都有利于過硫酸鹽處理苯酚廢水。當(dāng)pH為7.0時，苯酚的去除率為17.51%，pH為1.0時，苯酚的去除率為32.32%，pH為11.0時，苯酚的去除率為28.28%，中性環(huán)境下苯酚的降解率比在酸性條件下降低了14.81%，比在堿性環(huán)境中降低了10.77%。整體來說，過硫酸鹽對苯酚的降解效果受pH的影響很大。在考慮到實驗在極端環(huán)境中苛刻性和pH為1.0和3.0條件下苯酚去除率相當(dāng)?shù)那闆r，選擇pH=3.0為實驗最佳pH條件。

2.2 反應(yīng)時間對苯酚降解率的影響

在250mL的錐形瓶中加入過硫酸鈉（110mM）和還原鐵粉

（1g/L），再加入pH為3.0的模擬苯酚廢水100mL，用玻璃塞蓋嚴(yán)，在溫度為25℃、轉(zhuǎn)速為130r/min的條件下于水浴恒溫振蕩器上反應(yīng)6h。每隔1h取一次樣于試管中，并加入1mL甲醇終止反應(yīng)。將樣品進(jìn)行抽濾后量取濾液1mL，用4-氨基安替比林直接分光光度法測定苯酚

含量。

通過實驗觀察可知，在反應(yīng)初期，苯酚去除率增加速率較快，后期減慢。隨著反應(yīng)時間的增加，苯酚去除率整體呈現(xiàn)上升趨勢，但當(dāng)反應(yīng)時間增加到5h后再增加時，苯酚去除率不再增加。在反應(yīng)1h后，苯酚去除率23.23%，反應(yīng)兩小時后，苯酚去除率27.27%，直至反應(yīng)至5h，苯酚的去除率達(dá)到最大，為37.71%，再繼續(xù)反應(yīng)，過硫酸鈉將會進(jìn)入氧化作用非常緩慢的階段。反應(yīng)4h和5h的苯酚去除率分別為37.04%和37.71%，考慮過硫酸鹽對苯酚降解速率增加的緩慢性以及經(jīng)濟因素，時間過長會大大增加實驗的運行成本，因此本實驗將4h確定為最佳反應(yīng)時間。

2.3 過硫酸鈉濃度對苯酚降解率的影響

在250mL的錐形瓶中加入pH為3.0的模擬苯酚廢水100mL，分別加入過硫酸鈉30、50、70、90、110、130mM和還原鐵粉（1g/L），稍微振蕩后用玻璃塞蓋嚴(yán)，在溫度為25℃、轉(zhuǎn)速為130r/min的條件下于水浴恒溫振蕩器上反應(yīng)4h。將反應(yīng)后的樣品進(jìn)行抽濾，量取濾液1.0mL，用4-氨基安替比林直接分光光度法測定苯酚含量。

根據(jù)實驗現(xiàn)象觀察結(jié)果可知，隨著過硫酸鈉濃度增加，苯酚的去除率先增大后減小。當(dāng)過硫酸鈉的濃度為50mM時，苯酚的去除率達(dá)到了51.85%，繼續(xù)增加過硫酸鈉的投加量，過硫酸鈉濃度逐漸接近飽和，參與氧化的離子不再增加，導(dǎo)致苯酚去除率呈下降趨勢。當(dāng)過硫酸鈉的濃度增加到130mM時，苯酚去除率僅為29.63%，過量的過硫酸鈉會產(chǎn)生過量的SO4-·，多余的SO4-·會與S2O82-發(fā)生反應(yīng)，而且SO4-·之間還會相互干擾，從而減少溶液中的活性組分，導(dǎo)致苯酚降解率不再升高。因此從經(jīng)濟性和降解效果兩方面來考慮，選擇過硫酸鈉的濃度為50mM為最佳反應(yīng)濃度。

4 結(jié)論

針對過硫酸鈉氧化降解苯酚模擬廢水，探究了不同反應(yīng)條件的影響，考察了不同溫度、反應(yīng)時間、過硫酸鈉濃度下的苯酚降解效果，主要結(jié)果如下：

通過對實驗反應(yīng)條件pH的探究，可以得到在酸性和堿性條件下，過硫酸鈉對苯酚的降解效果均高于中性條件。在過硫酸鈉濃度為110mM、Fe0濃度為1g/L的條件下反應(yīng)3h，當(dāng)pH為1.0時，苯酚的去除率為32.32%，pH為3.0時，苯酚去除率為31.99%，pH為11.0時，苯酚去除率為28.28%，活化效果最好的是pH為1.0，與pH為3.0時的苯酚去除率相當(dāng)，綜合考慮后，以pH為3.0為最佳pH。

通過對反應(yīng)時間的探究，隨著反應(yīng)時間的增加，過硫酸鈉對苯酚的降解率先逐漸升高后趨于平緩。反應(yīng)時間為4h和5h時，苯酚去除率為37.04%和37.71%，苯酚去除率基本不變。因此，本實驗的最佳反應(yīng)時間為4h。

通過對過硫酸鈉濃度的探究，可以發(fā)現(xiàn)少量的過硫酸鈉不能高效降解苯酚，過量的過硫酸鈉會使得苯酚的降解效率降低。在少量零價鐵活化的條件下，當(dāng)過硫酸鈉濃度為50mM時，對苯酚的降解效果最好，降解率為51.85%。

參考文獻(xiàn)

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