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(lán)潔，李先國，張大海

(1.中國海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266000；2.青島市科學(xué)技術(shù)信息研究院，山東 青島 266003)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

100.0 mg/L甲醛標(biāo)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(jì)；SAH-C往復(fù)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(cè)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(cè)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(yīng)10 min后，加入定量高鐵硫酸銨溶液顯色，波長(zhǎng)630 nm下測(cè)定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(圖1)。

圖1 甲醛溶液濃度測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線Fig.1 Standard working curve for determination of formaldehyde solution concentration

1.3 實(shí)驗(yàn)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(shè)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(yīng)30 min，探究各因素對(duì)甲醛去除的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)定室溫(25 ℃)和最適溫度(60 ℃)，分別選取3因素3水平，對(duì)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(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以室溫時(shí)甲醛去除率(Y1)和最適溫度時(shí)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(guān)系和極值，確定最優(yōu)工藝條件和最大甲醛去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

圖2 過硫酸鈉∶甲醛對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(yīng)面法優(yōu)化工藝參數(shù)

單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定最適溫度60 ℃，同時(shí)選取25 ℃為對(duì)照組，利用響應(yīng)面法進(jìn)一步優(yōu)化過硫酸鈉∶甲醛(A)、亞鐵離子∶甲醛(B)、pH(C)對(duì)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(shè)計(jì)3因素3水平共17組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Experimental design results of response surface optimization

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Box-Behnken響應(yīng)面進(jìn)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(yīng)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(yù)測(cè)值與實(shí)際值相符，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)分析意義。

圖6 因素A、B、C對(duì)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(jié)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(duì)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(duì)甲醛去除率具有顯著性影響，而AC的交互作用對(duì)甲醛去除率無顯著性影響。A2、B2、C2的P均<0.05，結(jié)合F值分析，3個(gè)因素對(duì)甲醛去除率的影響程度為：A>B>C[19]。

圖7 因素A、B、C對(duì)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(jié)論