高铁酸钾氧化处理对氯苯酚废水的研究

2021-04-09刘菲赵胜勇刘启龙

应用化工 2021年3期

刘菲，赵胜勇，刘启龙

(1.河南省化工研究所有限责任公司，河南郑州 450052；2.河南省工业废水吸附分离工程技术研究中心，河南郑州 450052)

对氯苯酚是一种含氯类芳香族化合物，具有高毒、易燃等有害特性[1-2]，不易降解，主要用作药物、染料、化工中间体[3]。对氯苯酚废水治理方法有物理法[4-7]、生物法[8-10]、化学法[11-15]等，其中化学法具有设备要求相对简单、成本低廉等较大优势，被化工企业广泛应用[16]。

高铁酸盐作为一种高价铁含氧化合物，自身氧化电位高，具有很强的氧化特性，在废水处理过程中不仅可以进行氧化处理有机物，还具有吸附、絮凝和助凝等多种协同作用，反应产物无毒、无害，是近年来研究的热点[17-18]。本研究以对氯苯酚模拟废水为研究目标，使用高铁酸钾为氧化剂，研究了不同因素对废水处理效果的影响。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

对氯苯酚、氢氧化钠、硫酸、硫代硫酸钠等均为分析纯；对氯苯酚废水为模拟废水，配制含量为100.0 mg/L；高铁酸钾，采用次氯酸盐氧化法制备(纯度98.0%)。

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器；LC-10AP液相色谱仪；PHS-25台式数显pH计；JJ-1000型电子天平。

1.2 实验方法

在室温25 ℃的条件下，将100.0 mL对氯苯酚废水加入到250 mL的三口圆底烧瓶中，打开磁力搅拌，使用氢氧化钠(粉末状)或硫酸水溶液(50%)调节废水溶液的pH值，然后加入高铁酸钾(粉末)，到达设定时间60 min之后，使用硫代硫酸钠饱和溶液结束反应。取2.5 mL反应溶液进行离心处理，吸取上层溶液使用液相色谱进行对氯苯酚残留浓度分析，计算对氯苯酚去除率。

1.3 分析方法

将取出的上层液体稀释为原来的1/10后直接进样，使用液相色谱仪分析对氯苯酚浓度，色谱柱为C18反相色谱柱，流动相为甲醇∶水=70∶30(体积比)，流速为1.0 mL/min，检测波长为280 nm，柱温25 ℃。根据色谱峰保留时间定性，采用色谱峰面积外标法进行定量分析。计算对氯苯酚去除率。

式中C0——对氯苯酚初始浓度，mg/L；

Ct——对氯苯酚残留浓度，mg/L。

2 结果与讨论

2.1 高铁酸钾与对氯苯酚质量比对对氯苯酚去除率的影响

在1.2节的反应条件下，氧化反应时间为 60 min、废水溶液pH值调节为7，高铁酸钾与对氯苯酚的质量比对处理对氯苯酚效果的影响见图1。

图1 高铁酸钾与对氯苯酚的质量比对对氯苯酚去除率的影响Fig.1 Effect of mass ratio potassium ferrate to p-chlorophenol on the removal rate of p-chlorophenol

由图1可知，对氯苯酚去除率随高铁酸钾与对氯苯酚的质量比的增大而持续增高，当两者质量比>20之后，去除率保持不变。这个结果和高铁酸钾处理其它酚类物质非常类似，其机理可以简单分析如下：对氯苯酚质量不变的情况下，高铁酸钾的质量不断增加，高铁酸钾与对氯苯酚分子之间的碰撞频率逐渐增大，从而造成氧化反应速度不断加快，而当高铁酸钾与对氯苯酚的质量比到达20时，碰撞的几率达到最高，氧化反应速度不再增加。所以，高铁酸钾与对氯苯酚的最佳质量比为20，处理后废水的对氯苯酚浓度为19.5 mg/L，对氯苯酚去除率为80.5%。

2.2 氧化反应时间对对氯苯酚去除率的影响

在2.1节的反应条件下，氧化反应时间对处理对氯苯酚效果的影响见图2。

图2 氧化反应时间对对氯苯酚去除率的影响Fig.2 Effect of oxidation reaction time on the removal rate of p-chlorophenol

由图2可知，对氯苯酚去除率随着氧化反应时间的延长先增加后平稳，对氯苯酚去除率30 min就达到最大值80.5%，继续延长反应，对氯苯酚去除率保持不变。在反应初期，高铁酸钾和对氯苯酚浓度最高，两者碰撞的几率最高，氧化反应速度最快，但是随着反应的进行，两者浓度不断减小，碰撞的几率降低，反应效率逐步减慢。因此，最佳反应时间为 30 min，对氯苯酚去除率为80.5%。

2.3 废水pH值对对氯苯酚去除率的影响

在2.2节的反应条件下，进一步优化反应条件，废水的pH值对处理对氯苯酚效果的影响见图3。

图3 废水溶液pH值对对氯苯酚去除率的影响Fig.3 Effect of wastewater solution pH value on the removal rate of p-chlorophenol

由图3可知，随着对氯苯酚废水的pH值增加，对氯苯酚去除率是先增加后降低，在pH值为4的59.4%逐步提高到pH值为9时达最大值94.3%，随后又逐渐降低。由此可见，pH 8～10条件下高铁酸钾处理对氯苯酚的能力最强。这个结果和高铁酸钾处理其它酚类物质非常类似，结合高铁酸钾在酸碱条件下的氧化性、稳定性可知[19]，高铁酸钾氧化性是酸性条件强于碱性条件，而稳定性则碱性条件强于酸性条件，所以pH值为8～10的时候，高铁酸钾氧化能力最好，使得对氯苯酚去除率达到最高。因此，最佳pH为9，对氯苯酚去除率为94.3%，处理后废水的对氯苯酚浓度为4.7 mg/L。