硫酸根自由基法去除廢水中甲醛的參數(shù)優(yōu)化

林家楓，藍潔，李先國，張大海

(1.中國海洋大學 化學化工學院，山東 青島 266000；2.青島市科學技術信息研究院，山東 青島 266003)

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

100.0 mg/L甲醛標液、高鐵硫酸銨、酚試劑[C6H4SN(CH3)C∶NNH2·HCl]、濃鹽酸、硫酸亞鐵、過硫酸鈉均為分析純。

mini280紫外分光光度計；SAH-C往復式水浴恒溫振蕩器；DZB-718L便攜式多功能分析儀。

1.2 甲醛濃度測定

廢水中甲醛濃度參考GB/T 18204.26—2000，采用酚試劑分光光度法測定。25 ℃，pH=5.2條件下，不同濃度的甲醛溶液和酚試劑溶液(50.0 mg/L)混合反應10 min后，加入定量高鐵硫酸銨溶液顯色，波長630 nm下測定吸光度，繪制標準工作曲線(圖1)。

圖1 甲醛溶液濃度測定標準工作曲線Fig.1 Standard working curve for determination of formaldehyde solution concentration

1.3 實驗方法

亞鐵離子活化過硫酸鈉去除廢水中甲醛的初始水平設定為過硫酸鈉∶甲醛(摩爾比)=1∶1、亞鐵離子∶甲醛(摩爾比)=1∶1、25 ℃、pH=5.2(含甲醛廢水)，10.00 mL甲醛廢水(2.0 mg/L)中反應30 min，探究各因素對甲醛去除的影響。在單因素實驗基礎上，設定室溫(25 ℃)和最適溫度(60 ℃)，分別選取3因素3水平，對過硫酸鈉∶甲醛(A)、亞鐵離子∶甲醛(B)、pH(C)采用Design-Expert v8.0.6.1軟件中Box-Behnken方法進行響應面實驗設計，以室溫時甲醛去除率(Y1)和最適溫度時甲醛去除率(Y2)為因變量，A、B、C為自變量，多元二次回歸方程擬合得出自變量和因變量之間的函數(shù)關系和極值，確定最優(yōu)工藝條件和最大甲醛去除率。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

圖2 過硫酸鈉∶甲醛對廢水中甲醛去除的影響Fig.2 Effect of sodium persulfate∶formaldehyde on the removal of formaldehyde from wastewater

(1)

圖3 亞鐵離子∶甲醛對廢水中甲醛去除的影響Fig.3 Effect of ferrous ions∶formaldehyde on the removal of formaldehyde from wastewater

(2)

(3)

圖4 pH對亞鐵離子活化過硫酸鈉去除 廢水中甲醛的影響Fig.4 Effect of pH on the removal of formaldehyde from wastewater by sodium persulfate activated by ferrous ions

圖5 溫度對亞鐵離子活化過硫酸鈉去除 廢水中甲醛的影響Fig.5 Effect of temperature on the removal of formaldehyde from wastewater by sodium persulfate activated by ferrous ions

2.2 響應面法優(yōu)化工藝參數(shù)

單因素實驗結果確定最適溫度60 ℃，同時選取25 ℃為對照組，利用響應面法進一步優(yōu)化過硫酸鈉∶甲醛(A)、亞鐵離子∶甲醛(B)、pH(C)對廢水中甲醛去除率的工藝參數(shù)，25 ℃和60 ℃的甲醛去除率分別為Y1和Y2。設計3因素3水平共17組實驗，結果見表1。

表1 響應面優(yōu)化實驗結果Table 1 Experimental design results of response surface optimization

實驗數(shù)據(jù)采用Box-Behnken響應面進行分析，Y1的回歸方程為Y1=70.61+3.00A+0.64B-1.22C-3.83AB+1.68AC+0.51BC-9.10A2-6.41B2-4.26C2，R2=0.970 8；Y2的回歸方程為Y2=96.67+1.69A-1.08B-0.32C-0.45AB+0.29AC-0.45BC-6.15A2-4.52B2-0.18C2，R2=0.994 9。模型方差分析見表2。

表2 響應面優(yōu)化分析模型的方差分析Table 2 Analysis of variance for the response surface optimization analysis model

由表2可知，Y1和Y2模型擬合的P<0.05，失擬值的P>0.05，說明擬合模型的預測值與實際值相符，具有統(tǒng)計學分析意義。

圖6 因素A、B、C對水中甲醛 去除率(Y1)的影響Fig.6 Response surface plot of the effect of factors A，B and C on the removal rate of formaldehyde from water(Y1)

2.2.2 60 ℃下廢水中甲醛去除率(Y2)的主要影響因素 依據(jù)Y2回歸方程的方差結果，A、B、C、AB、BC的P<0.05，而B、C、AC、BC的P>0.05，這表明過硫酸鈉∶甲醛、亞鐵離子∶甲醛和pH對甲醛去除率具有顯著性影響。由圖7可知，AB、BC的交互作用對甲醛去除率具有顯著性影響，而AC的交互作用對甲醛去除率無顯著性影響。A2、B2、C2的P均<0.05，結合F值分析，3個因素對甲醛去除率的影響程度為：A>B>C[19]。

圖7 因素A、B、C對水中甲醛 去除率(Y2)的影響Fig.7 Response surface plot of the effect of factors A，B and C on the removal rate of formaldehyde from water(Y2)

3 結論