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行試驗研究。綜合實驗條件的苛刻性以及經濟性等因素考慮，選擇pH為3.0、反應時間4h、過硫酸鹽的濃度為50mM為最佳實驗條件。

關鍵詞：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%），上海科豐實業有限公司，氨水（AR，25-28%），成都市科隆化學品有限公司。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 苯酚標準曲線的繪制

準備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超純水預稀釋，然后加入氯化銨溶液0.5mL，調節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。

試樣中揮發酚的濃度計算公式：

式中：a---標準曲線的截距值;

b---空白實驗的吸光度值;

As---試樣的吸光度值;

Aa---標準曲線的截距值;

ρ---試樣中揮發酚的質量濃度，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，加入一定質量的過硫酸鈉，再加入100mL已調節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一定時間，取出后用循環水真空泵進行抽濾。取1.0mL濾液進行稀釋，按照4-氨基安替比林分光光度法測定苯酚含量。

2 結果與討論

2.1 反應體系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預先調節好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，在溫度為25℃、轉速為130r/min的條件下于水浴恒溫振蕩器上反應3h。將反應后的液體進行抽濾，并準確量取濾液1.0mL，用4-氨基安替比林直接分光光度法測定苯酚含量。

根據實驗現象觀察可知，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境中，苯酚的去除率越高，而在中性環境下，苯酚的去除率最低，這說明不論在堿性還是酸性環境中，都有利于過硫酸鹽處理苯酚廢水。當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境中苛刻性和pH為1.0和3.0條件下苯酚去除率相當的情況，選擇pH=3.0為實驗最佳pH條件。

2.2 反應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，在溫度為25℃、轉速為130r/min的條件下于水浴恒溫振蕩器上反應6h。每隔1h取一次樣于試管中，并加入1mL甲醇終止反應。將樣品進行抽濾后量取濾液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，在反應初期，苯酚去除率增加速率較快，后期減慢。隨著反應時間的增加，苯酚去除率整體呈現上升趨勢，但當反應時間增加到5h后再增加時，苯酚去除率不再增加。在反應1h后，苯酚去除率23.23%，反應兩小時后，苯酚去除率27.27%，直至反應至5h，苯酚的去除率達到最大，為37.71%，再繼續反應，過硫酸鈉將會進入氧化作用非常緩慢的階段。反應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，在溫度為25℃、轉速為130r/min的條件下于水浴恒溫振蕩器上反應4h。將反應后的樣品進行抽濾，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。

根據實驗現象觀察結果可知，隨著過硫酸鈉濃度增加，苯酚的去除率先增大后減小。當過硫酸鈉的濃度為50mM時，苯酚的去除率達到了51.85%，繼續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，導致苯酚去除率呈下降趨勢。當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生過量的SO4-·，多余的SO4-·會與S2O82-發生反應，而且SO4-·之間還會相互干擾，從而減少溶液中的活性組分，導致苯酚降解率不再升高。因此從經濟性和降解效果兩方面來考慮，選擇過硫酸鈉的濃度為50mM為最佳反應濃度。

4 結論

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

通過對實驗反應條件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3h，當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，綜合考慮后，以pH為3.0為最佳pH。

通過對反應時間的探究，隨著反應時間的增加，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，本實驗的最佳反應時間為4h。

通過對過硫酸鈉濃度的探究，可以發現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

[1]張威，張文卿.國內外含酚廢水處理技術的研究與進展[J].環境保護與循環經濟，2011，28（2）：29-31.

[2]張帆，劉媛，賀盛福，等.處理含酚廢水的研究進展[J].現代化工，2015，35（1）：67-72.