紫外激活過硫酸鈉技術降解水中氯苯的研究

摘""""" 要： 采用紫外激活過硫酸鈉體系（UV/PS）降解水中的氯苯，考察了初始pH值、過硫酸鹽投加量、氯苯初始濃度、氯離子濃度等對氯苯降解的影響。實驗結果表明：氯苯初始濃度為20 mg/L，初始pH值為5，過硫酸鹽投加量為200 mg/L條件下，氯苯的去除率達到了98.6%。氯離子對氯苯的去除有一定影響，當Cl^-濃度大于15 mmol/L時，氯苯的降解效率明顯下降。

關" 鍵" 詞：紫外光；過硫酸鹽；氯苯；影響因素

中圖分類號：TQ085 """""文獻標識碼： A"""" 文章編號： 1004-0935（2023）08-1142-04

氯苯是一種重要化工原料，被廣泛運用于工業制造、材料合成、染料、農藥、醫藥等行業^[1]。然而，由于氯苯具有高毒性、難降解性和脂肪溶解性，會危害各類生物的健康^[2]。同時，氯苯的化學性質非常穩定，具有很強的生物積累性和生物毒性，造成嚴重的環境污染^[3-4]，對人體具有致癌作用，包括我國在內的多個國家已將氯苯列為優先控制污染物，并在水中設定了極低的限量^[5]。因此，采取有效的技術降解水中氯苯對減輕水污染狀況具有重要意義。

近年來，基于HO·和SO₄·^?的氧化工藝被認為是降解各種難降解有機污染物的最有效技術^[6-7]。HO·和SO₄·^?可通過UV光解、加熱或金屬活化H₂O₂或過硫酸鹽等^[8]。在這些過程中，氣態的氯苯被水吸收到水相中，溶解的氯苯被反應態氧化，如HO·和SO₄·^-[9-10]。一方面，HO·和SO₄·^-瞬時氧化氯苯可以通過降低氣相和水相之間的濃度差異來促進氯苯的吸收^[11]。另一方面，氯苯降解的中間體一般親水性較強，大部分可以捕獲在水相中^[12]。其中，過硫酸鹽活化后產生的硫酸根自由基（SO₄·^﹣，Eh = 2.6 V）具有強大的氧化能力，可降解包括氯苯在內的大部分有機污染物，是有機污染物降解的常見手段^[13-16]。因此，本文以氯苯為研究對象，通過模擬試驗平臺構建UV/PS體系降解水中的氯苯，并研究初始pH值、氯苯初始濃度、過硫酸鹽投加量、氯離子等對氯苯降解效果的影響。

1 "材料和方法

1. "實驗儀器與試劑

實驗儀器：實驗裝置如圖1所示，所用紫外燈管為Philips公司生產，功率為75 W，額定工作電壓為220 V，紫外燈主波長為254 nm，光強度為

142μm/cm²。磁力攪拌器（JB-1B，上海雷磁）、pH計（PHS-3C，上海雷磁）、高效液相色譜儀（SPD-M10AVP，島津公司）、分光光度計（DR3900，美國哈希）。

試劑：氯苯（＞99.0%）、過硫酸鈉 （persulfate，PS）、硫酸、氫氧化鈉、甲醇等均為分析純。

1.2" 實驗方法

取500 mL一定濃度的氯苯廢水，用氫氧化鈉或稀硫酸溶液調節到設計pH值。將設計濃度的氯苯廢水置于錐形瓶中，并加入一定量的PS，在紫外裝置中反應，并開啟磁力攪拌器 。在設定的反應時間取樣25 mL，并同時加入甲醇作為猝滅劑，確保活性自由基猝滅，反應終止。通過高效液相色譜分析水樣中的氯苯含量。

1.3" 分析方法

實驗采用高效液相色譜進行氯苯濃度的分析，色譜柱為安捷倫C18柱（4.6 mm×250 mm）。高效液相色譜分析條件設定為：（1）流動相：甲醇/水=7∶3；（2）流速：1.5 mL·min^-1；（3）進樣體積：20 μL；（4）檢測器：紫外檢測器；（5）檢測波長：200 nm；（6）柱溫：25 ℃。pH值使用便攜式pH 計進行測試。

2 "結果和討論

2.1 "反應條件對氯苯去除率的影響

2.1.1 "初始pH值的影響

考察初始pH值對氯苯去除率的影響，實驗條件如下：氯苯初始濃度為20 mg/L，PS溶液投加量為200 mg/L條件下，設置初始pH值分別為 3、5、7、9、11，研究初始pH值對氯苯的影響，實驗的結果如圖2所示。

由圖2可知，在不同pH值條件下，氯苯均可被有效去除。pH值為5.0時，氯苯能夠得到最高的降解速率，反應60 min后，其氯苯的去除率達到了98.6%。pH值為7.0、9.0、11.0、3.0 時，氯苯的去除率分別為93.4%、92.6%、90.2%、95.8%，表明在酸性的條件下，氯苯的去除效果總體高于堿性條件。這是由于在酸性條件下，系統中存在的 H⁺會與過硫酸鹽反應生成更多的硫酸根自由基，從而可以提高氯苯的去除率。

2.1.2 "氯苯初始濃度的影響

考察氯苯初始濃度對氯苯去除率的影響，實驗條件如下：初始pH值為5，PS投加量為200 mg/L條件下，設置氯苯的初始濃度分別為10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、50mg/L，氯苯的降解結果見圖3。

由圖3可知，氯苯初始濃度對氯苯的去除率有較大的影響，隨著氯苯初始濃度的增加，氯苯的去除率呈逐步下降趨勢。當氯苯初始濃度從10 mg/L增加到50 mg/L時，反應60 min時氯苯的去除率由99.2%降低到了81.6%。在其他條件保持相同的情況下，投加等量過硫酸鹽的樣品中，產生的硫酸自由基可認為近似相同。在反應體系內，氯苯的初始濃度越高，單位時間、單位體積內其受到紫外光裂解的機會就會越少，導致其反應速率也會同步下降。

2.1.3 "過硫酸鹽投加量的影響

考察過硫酸鹽投加量對氯苯去除率的影響，實驗條件如下：初始pH值為5，氯苯初始濃度為20 mg/L條件下，設置PS的投加量分別為50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L，氯苯的降解結果見圖4。

從圖4可以看出，隨著PS投加量的增加，氯苯的去除效果也逐步提高，PS投加量從50 mg/L提高到200 mg/L時，反應60 min時氯苯的去除效率從70.5%提高到98.6%，氯苯的去除率顯著提升；當PS投加量繼續提高到200 mg/L時，氯苯的去除效率提升幅度有限。這是因為隨著過硫酸鹽濃度增加，產生的SO₄·^﹣也逐漸增多，從而提升氯苯污染物的去除效果。但是當PS投加量瞬間過高時，產生的SO₄·^﹣又在過量的S₂O₈^2﹣作用下被淬滅^[7]，使得系統中硫酸根自由基減少，其氧化效應減弱，導致有機底物降解速率減慢。

2.1.4 "氯離子的影響

氯離子（Cl^-）是水體中較為常見的陰離子。在初始pH值為5，氯苯初始濃度為20 mg/L，PS投加量為200 mg/L時，實驗不同濃度Cl^-對UV/PS體系中氯苯降解效能的影響，實驗結果見圖5。

結果表明，當Cl^-濃度大于15 mmol/L時，氯苯的降解效率受到明顯影響。隨著氯離子投加量的增加，氯離子與氯苯發生競爭反應，致使產生的氯自由基含量也增加，而氯自由基的氧化電位比硫酸自由基要更低^[17]，因此反應速率降低。

3" 結 論

1）紫外激活過硫酸鈉體系可有效降解氯苯，氯苯初始濃度為20 mg/L，初始pH值為5，PS投加量為200 mg/L時，氯苯的去除率達到了98.6%。

2）Cl^-離子對氯苯的去除有一定影響，當Cl^-濃度大于15 mmol/L時，氯苯的降解效率明顯下降。

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Study on UV-activated Persulfate Oxidation of Chlorobenzene in Water

LI Wu-ying， YANG Hu-jun， XIE Zhi-jun， HUANG Xing-gang， YAN Bing-tong， WANG Ling-zhi

（WELLE Environmental Group Co.， Ltd.， Changzhou Jiangsu 213001， China）

Abstract：" UV-activated persulfate oxidation system was used to remove chlorobenzene in aqueous solution. The effects of initial pH value， initial concentration of chlorobenzene， dosage of sodium persulfate and chloride ion concentration were investigated. The experimental results showed that the removal rate of chlorobenzene reached 98.6% under the conditions of initial mass concentration of chlorobenzene 20 mg·L-1， initial pH of 5， persulfate dosage of 200 mg·L-1. Chloride ion had effect on the removal of chlorobenzene. When the concentration of chloride ion was more than 15 mmol·L-1， the degradation efficiency of chlorobenzene decreased obviously.

Key words： UV; Persulfate; Chlorobenzene; Influence factor