超声波降解氯苯水溶液的研究_李永峰

第16卷第1期高校化学工程学报No.1Vol.162002年2月JournalofChemicalEngineeringofChineseUniversitiesFeb.2002文章编号：1003-9015(2002)01-0093-04超声波降解氯苯水溶液的研究李永峰,陈宜俍,郭士岭,徐军,詹予忠,卫冬燕(郑州大学化工学院，河南郑州450002)摘要：对超声波技术降解氯苯水溶液进行了一些初步研究。测定了降解过程中pH值、氯离子浓度和剩余氯苯浓度;结果表明,在超声降解过程中pH值呈下降趋势，溶液中不断有氯离子生成，相对于氯苯反应为一级反应。提出了氯苯水溶液的超声降解反应机理。关键词：超声波技术；降解；氯苯；反应机理中图分类号：X703.1文献标识码：A1引言声化学(Sonochemistry)，或称超声波化学，是利用超声波加速化学反应，提高化学反应速率的一门新兴交叉学科，目前已经引起世界各国有关研究者的重视。特别在进入九十年代以来，美国、日本、法国、加拿大和德国等大学、实验室和研究所纷纷致力于将超声波化学应用于水污染控制，尤其在废水中难降解有毒有机污染物治理方面的研究，取得了令人满意的效果[1～5]。声化学法自身具有低能耗、少污染和无污染等特点，能将水体中有害有机物转变为CO2、H2O、无机离子或转变为比原有机物毒性小的有机物，因而在处理难生物降解有机物方面具有显著的优越性。对于短链卤代脂肪烃目前研究较多，且降解容易，处理效果好，降解机理也比较明确；而芳香族化合物降解比较复杂，研究较少,本文拟选择氯苯水溶液作为超声降解研究对象。2实验部分2.1原料与试剂氯苯(C6H5Cl)，分析纯，军事医学科学院药材供应站提供；硝酸银，分析纯；二硫化碳，分析纯。2.2超声降解实验的方法以无锡超声设备厂生产的H66025T型超声波清洗机作为超声波发生源，其超声振动频率为26.5±1kHz，输出功率为250W；使用三口烧瓶作为反应容器，恒定降解反应温度为20±2℃。2.3超声降解样品的分析测定降解样品的pH值采用PHS-3C型数字式精密pH计和雷磁E-201-C/65-1AC型塑壳可充式复合电极进行测量。降解样品的氯离子浓度采用电位滴定法进行测量,即以216型银电极作为指示电极，将232型甘汞电极改装为双盐桥式饱和甘汞电极后作为参比电极，以0.01mol⋅L−1的硝酸银溶液，2mL微量滴定管对降解样品进行滴定。至于剩余氯苯浓度的测定，对于初始液浓度较高的氯苯溶液，采用紫外吸收分光光度法测定降解样品的剩余氯苯含量，使用上海第三分析仪器厂的752型紫外光栅分光光度计，以蒸馏水作参比溶液，测量波长为262nm。对于初始液浓度较低的氯苯溶液，采用气相色谱法测定；先用CS2对样品进行萃取富集，再用气相色谱仪进行分析，使用上海科创色谱仪器公司生产的GC-8810型气相色谱仪、FID检测器、SWWW型温度控制装置和液晶色谱柱(4.4mm×4000mm，固定液为液晶MPBHPB)，谱图采用上海科龙科学仪器厂研制的KL色谱工作站进行处理。收稿日期：2001-01-18；修订日期：2001-09-05。作者简介：李永峰(1976-)，男，河南许昌人，华南理工大学博士生。94高校化学工程学报2002年2月/AgAg+ϕ3结果与讨论3.1氯苯降解过程中pH值的变化对0.9826mol⋅m−3氯苯水溶液进行超声降解，过程中各个时刻的pH值变化情况见表1。由表1可以发现：0.9826mol⋅m−3氯苯溶液在超声降解过程中，溶液pH值的变化基本成下降趋势，说明在降解过程中不断有氢离子生成，且降解120min后，溶液的酸性明显增强，氢离子浓度变为2.14×10−2mol⋅m−3。3.2氯苯降解过程中氯离子浓度的变化滴定前，先对硝酸银溶液进行标定，确定其准确浓度为0.01029×103mol⋅m−3。分别取0.9826mol⋅m−3氯苯水溶液超声降解120min和100min时的水样进行氯离子滴定。对于降解120min后的水样进行氯离子滴定时，虽然突变点比较靠前，大概只需六七滴AgNO3溶液即可达到滴定终点，但还可在E—V曲线上比较明显地看到拐点，故由−V曲线可以得出0.9826mol⋅m−3氯苯水溶液降解120min时，氯离子浓度可增至5.70×10−2mol⋅m−3；而由上面3.1节可得出0.9826mol⋅m−3氯苯溶液降解120min时，氢离子浓度为2.14×10−2mol⋅m−3，两者相互比较可以看出，虽然两者具体数值不相等，但都在一个数量级上，考虑到实验精度和误差的因素，可以近似认为120min时氢离子浓度和氯离子浓度相等。而在对降解100min后的水样进行氯离子滴定时，却难以在E—V曲线上观察到拐点的存在，但考虑到在使用同样的滴定设备时，由能斯特方程]Aglg[05