类Fenton试剂处理焦化废水_柴多里

2009年第28卷增刊CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS·103·化工进展类Fenton试剂处理焦化废水柴多里，刘忠煌，杨保俊，韩小艳，杨少东（合肥工业大学化工学院，安徽合肥230009）摘要：采用自制的纳米四氧化三铁与H2O2组成的类Fenton试剂处理焦化废水。通过单因素实验和正交实验考察了处理焦化废水的优化工艺条件：反应温度为60℃，反应时间为30min，催化剂用量为0.1g，H2O2体积分数为1.5%。在优化工艺的条件下，焦化废水的挥发酚、NH3-N和CODCr的去除率分别为99.7%、98.9%和74.6%。实验中H2O2的有效利用率较高并且纳米四氧化三铁在催化氧化的循环实验中仍具有较高的催化活性。关键词：焦化废水；类Fenton试剂；氧化降解；纳米四氧化三铁焦化废水是制备焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的含有难降解有机污染物的工业废水，其成分十分复杂，以酚为主，约占总有机物的一半以上[1]。此外，还含有较高浓度的氨氮化合物和许多微生物及难以降解的稠环芳烃和杂环化合物[2]，对环境有较大危害，是较难处理的工业废水之一。高级氧化技术在处理高浓度、难降解有机工业废水方面取得一定的进展，尤其是Fenton试剂作为一种强氧化剂，用于去除废水中的有机污染物具有明显的优点。Fenton试剂法[3]是一种采用H2O2为氧化剂、以硫酸亚铁为催化剂的均相湿式氧化法；除Fe2+催化H2O2产生羟基自由基以外的其它催化剂加速或者替代Fe2+与H2O2反应生成羟基自由基处理有机物的技术称为类Fenton试剂法[4]。Fenton试剂反应中产生的羟基自由基具有很强的氧化能力[5]，其氧化电位高达2.80V，是一种非选择性的氧化剂，能氧化废水中各种难降解的有机物。在使用Fenton试剂处理各类废水的过程中，均相催化剂（如FeSO4）难以与反应介质分离，需要回收处理否则会造成二次污染。因此，研制具有易于分离、回收和循环使用的非均相催化剂是目前研究开发类Fenton试剂的主要方向之一。纳米四氧化三铁在工业催化等诸多方面已得到广泛的应用[6-8]，但将其作为非均相催化剂处理工业废水的研究较少。本文采用水热法合成的纳米四氧化三铁与H2O2组成类Fenton试剂，对处理焦化废水的影响因素进行了探索，获得较佳的工艺条件，取得了良好的处理效果，为焦化废水的处理寻求了一条可能的途径。1实验部分1.1实验水样及试剂焦化废水（合肥某焦化厂），主要水质指标为：pH=7.4、挥发酚含量600～700mg/L、NH3-N含量约175mg/L、COD约2300mg/L。试剂：硫酸亚铁，天津市大茂化学试剂厂；氢氧化钠，上海中试化工总公司；碘化汞，姜堰市环球试剂厂；酒石酸钾钠，汕头市西陇化工厂有限公司；浓硫酸、铁氰化钾，天津市化学试剂厂；重铬酸钾，上海浦江化工厂；4-氨基安替比林，上海灵锦精细化工有限公司（以上试剂均为分析纯使用前未经进一步纯化）。双氧水（30%）上海中试化工总公司。1.2实验仪器D/max-rB型X射线衍射（XRD)仪，日本理学公司（Cu靶、管压40kV、管电流100mA），722型分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；XJ-Ⅲ型COD消解仪，韶关市泰宏医疗器械有限公司。1.3催化剂的制备将21.8g的FeSO4·7H2O溶解在210mL蒸馏水中，在N2保护下，恒温60℃水浴中加热搅拌，缓慢滴加15%H2O26mL，数分钟后，再滴加2mol/L的NaOH溶液至反应液的pH值为12，继续搅拌反应15min。将反应液移入反应釜中，170℃下反应12h。自然冷却至室温，抽滤、分别用水和乙醇洗涤数次，置于真空干燥箱中干燥，所得黑色样品即为产物（约4.8g，产率79.2%）。1.4焦化废水的处理及分析称取一定量自制的纳米四氧化三铁于250mL的三口烧瓶中，加入100mL的焦化废水（调节pH值到4左右），再缓慢滴加一定量的H2O2，在设定温度的水浴中搅拌一定时间。反应结束后取滤液，滤液的挥发酚和氨氮含量分别按照国标(GB-7490-87)4-氨基安替比林分光光度法和国标（GB-7479-87）纳氏试剂比色法进行测定；化学需氧量（COD）采用XJ-Ⅲ型COD快速消解分光光度DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2009.s2.115化工进展2009年第28卷·104·法进行测定。2结果与讨论2.1单因素实验2.1.1pH值的影响Fenton试剂或类Fenton试剂是在酸性条件下发生作用的，在中性和碱性的环境中，抑制催化剂催化H2O2产生·OH[9]，因此，溶液的pH值对反应过程中羟基自由基的产生有着重要的影响。pH值对挥发酚去除率的影响曲线如图1所示。可以看出pH=2～4时，挥发酚去除率较高，pH值超过