Fenton氧化法处理水中苯酚的研究

2017-05-15赵胜勇

河南化工 2017年4期

关键词：苯酚反应时间去除率

王静，赵胜勇，刘菲

(河南省化工研究所有限责任公司,河南郑州 450052)

Fenton氧化法处理水中苯酚的研究

王静，赵胜勇，刘菲

(河南省化工研究所有限责任公司,河南郑州 450052)

使用fenton氧化法，处理水中苯酚，研究了FeSO4与苯酚质量比、H2O2用量、溶液pH值、反应时间对水中苯酚处理效果的影响。实验结果表明，在苯酚初始浓度为100 mg/L时，FeSO4与苯酚质量比为0.8、H2O2使用量为3.0 mL、溶液pH值为3、反应时间30 min的条件下，苯酚去除率最高可达95.3%。

fenton；氧化；苯酚

0 引言

有机物污染是当前水体环境存在的最大问题，尤其是持久性难降解有机污染物的危害更为严重，而苯酚在酚类物质中毒性最大。苯酚(C6H5OH)和其衍生物属于芳香族化合物，是一种原生质毒物，对生物体具有毒害作用，而且很难被降解，是一种重要的有机化工原料[1-2]。随着我国焦化、石化、化工、煤气、化肥、农药、树脂、塑料、医药等各类工业的快速发展，苯酚及酚类化合物已成为水体中主要有机污染物之一，在世界各国水污染控制中被列为重点解决的有毒有害废水之一，对人体健康构成极大的威胁[3-4]。酚类物质是中国68种优先控制污染物之一[5-6]。

目前含酚废水的处理方法有三大类：物理方法(吸附、蒸发、萃取)、生物方法(细菌吸附降解)和化学方法(沉淀、中和和氧化)[7-11]。化学氧化方法具有氧化能力比较强、分解速度比较快、净化率比较高、废水氧化最终分解产物是水和二氧化碳，没有二次污染等诸多优点。所以近年来,氧化方法处理含酚废水取得了比较显著的进展。氧化法从大体上分为直接氧化法、催化氧化法两种方法。

Fenton氧化法是近年来备受关注的新型高效氧化方法，与其他处理方法相比，它具有处理设备简单、反应条件温和、操作简单、含酚废水去除率高等优点，可有效去除水中的污染物，消毒过程不会产生二次污染和其他毒副作用[12]。本工作以fenton氧化方法对水中的苯酚进行降解实验，考察了反应时间、FeSO4与苯酚质量比、溶液pH值对苯酚氧化处理的影响。

1 实验部分

1.1 实验试剂及仪器

实验所用的含酚废水为实验室自配模拟废水，该废水含苯酚浓度为100 mg/L。苯酚、氢氧化钠、盐酸、H2O2(30%)、FeSO4等试剂均为分析纯。

苯酚含量检测使用美国安捷伦公司1200LC高效液相色谱仪，称量使用上海精密科学仪器有限公司FA2204B型电子天平，反应搅拌体系使用上海一科DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，离心使用万丰TD5A离心机。

1.2 实验方法

在250 mL的圆底烧瓶中加入定量100 mL苯酚溶液，放于磁力搅拌器上进行搅拌，使用稀盐酸和氢氧化钠溶液调节溶液pH值后，在磁力搅拌的条件下加入称量好的FeSO4，使其全溶后，加入一定量的H2O2到达规定的时间后，先用稀盐酸或者氢氧化钠溶液调节体系的pH值为中性，然后使用离心机离心、静置后取样，使用高效液相色谱进行分析[13]。分别从FeSO4与苯酚质量比、H2O2用量、反应时间、溶液pH值几个方面来研究fenton氧化法去除苯酚的效果。

2 实验结果与讨论

2.1 FeSO4与苯酚质量比对处理效果的影响

在苯酚初始浓度为100 mg/L、溶液pH值为3、H2O2使用量为5 mL、反应时间为60 min 的条件下，考察FeSO4与苯酚质量比对苯酚处理效果的影响，结果见图1。

图1 FeSO4与苯酚的质量比对处理效果的影响

由图1可知，苯酚的去除率随着FeSO4与苯酚的质量比的增加呈现先提高后降低的趋势，当FeSO4与苯酚的质量比为0.2时，苯酚的去除率仅为34.1%，当FeSO4与苯酚的质量比值为0.8时，苯酚去除率达到了最高的94.3%，继续增加，苯酚的去除率有所下降。由图1可见，FeSO4与苯酚的质量比对苯酚的去除率影响较大，高或低都不利于去除苯酚。质量比高时，容易被H2O2氧化为Fe3+，致使H2O2内耗，苯酚的去除率下降，并且浪费FeSO4[14]。当质量比过低时，H2O2被Fe2+催化分解产生的HO·就少，反应速率很慢，从而降低了对苯酚的处理效果。因此，本实验氧化处理水中苯酚所确定的FeSO4与苯酚的质量比为0.8。

2.2 H2O2用量对处理效果的影响

在苯酚初始浓度为100 mg/L、溶液pH值为3、FeSO4与苯酚质量比为0.8、反应时间为60 min 的条件下，考察H2O2使用量对苯酚处理效果的影响，结果见图2。

图2 H2O2用量对处理效果的影响

由图2所知，苯酚去除率随着H2O2用量的增加呈现先提高后降低的趋势，当H2O2用量为0.5 mL时苯酚去除率仅为18.5%，当H2O2用量为3.0 mL时，苯酚去除率达到了最高的95.3%，继续增加H2O2用量，苯酚去除率有所下降。由图2可见，H2O2用量对苯酚的去除率影响较大，过高或过低都不利于去除苯酚。本实验氧化处理水中苯酚所确定的H2O2用量为3.0 mL。

2.3 溶液pH值对处理效果的影响

在苯酚初始浓度为100 mg/L、FeSO4与苯酚质量比为0.8、H2O2使用量为3.0 mL、反应时间为60 min 的条件下，考察溶液pH值对苯酚处理效果的影响，结果见图3。

图3 溶液pH值对处理效果的影响

由图3所知，苯酚去除率随着溶液pH值的增加呈现先提高后降低的趋势，当溶液pH值为3时，苯酚的去除率达到最高95.3%。所以本实验氧化处理水中苯酚所确定的溶液pH值为3。

2.4 反应时间对处理效果的影响

在苯酚初始浓度为100 mg/L、FeSO4与苯酚质量比为0.8、H2O2使用量为3.0 mL、溶液pH值为3 的条件下，考察反应时间对苯酚处理效果的影响，结果见图4。

图4 反应时间对处理效果的影响

由图4可知，苯酚去除率随着反应时间的增加而提高，在反应初期反应速度很快，在5 min时苯酚去除率已经达38.5%，反应时间超过5 min之后，反应速度有所减缓，到反应时间为30 min 时，苯酚去除率为95.3%，已经达到一个很高的水平。继续延长反应时间达到30～50 min时苯酚去除率增加很小，几乎保持不变。所以本实验氧化处理水中苯酚所需要的反应时间为30 min。

3 结论

Fenton氧化法处理水中苯酚具有处理设备简单、反应条件温和、操作简单、含酚废水去除率高等优点，可有效去除水中的苯酚。本工作分别对影响苯酚去除率的四个关键因素进行试验后得出如下结论：在初始苯酚浓度为100 mg/L时，FeSO4与苯酚质量比为0.8、H2O2使用量为3.0 mL、溶液pH值为3、反应时间30 min的条件下苯酚去除率最高可达95.3%。

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Study on Treatment of Phenol in Water by Fenton Oxidation Process

WANG Jing,ZHAO Shengyong,LIU Fei

(Henan Chemical Industry Research Institute Co.Ltd,Zhengzhou 450052,China)

Fenton oxidation process is employed to treat phenol in water,the effects of mass ratio ferrous sulfate and phenol,H2O2volume,the value of pH value,reaction time on the treatment efficiency are investigated.The results show that when the initial concentration of phenol is 100 mg/L,the best treatment is obtained under the conditions mass ratio of FeSO4to phenol is 0.8,H2O2volume 3 mL,solution pH value 3,reaction time 30 min,the phenol removal rate is 95.3%.

fenton ; phenol ; oxidation