光助电_Fenton法催化降解硝基苯及影响因素_班福忱

收稿日期:2006-03-18基金项目:辽宁省教育厅青年基金项目(2005344)作者简介:班福忱(1976-)男,硕士,主要从事电化学废水处理技术研究.文章编号:1671-2021(2006)05-0809-03光助电-Fenton法催化降解硝基苯及影响因素班福忱,李亚峰,贾新军,赵娜(沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168)摘要:目的为了寻求一种经济且有效的硝基苯废水的处理方法.方法根据电解原理,试验以多孔石墨作为阴极,以廉价的铁板作为阳极,向阴极不断通入空气,并在反应体系中引入紫外光.电解过程中生成的H2O2与阳极溶解的Fe2+形成Fenton试剂,利用Fenton试剂在电解的过程中产生的大量活性羟基的强氧化作用来氧化降解废水中的有机物.结果在光助电-Fenton法各试验参数当中,pH值、电流密度对硝基苯去除率的影响较大.在pH值为2.5,电解时间为60min,极板电流密度8mA/cm2的试验条件下,硝基苯迅速降解,去除率可以达到88%以上.结论光助电-Fen-ton法适用于处理浓度较高、且有毒性的废水,是个快捷、经济、高效的废水处理方法.同时对其它工业废水的处理具有借鉴意义.关键词:硝基苯;光助电-Fenton法;去除效果中图分类号:X703文献标识码:A硝基苯是一种应用广泛的化工原料,主要用于染料、医药、农药及炸药等行业,它是一种剧毒化学品,进入水体会使水质长期严重恶化,给地面水自净过程造成困难,危害人们的健康[1-2].因硝基苯属于难降解有机物,用生化法处理硝基苯废水效果欠佳.高级氧化技术如Fenton试剂、UV、UV/H2O2、UV/Fenton等近年来得到广泛研究,光催化、Fenton、单独使用效果不明显.目前,在传统Fenton法基础上人们通过对反应条件的改变和耦合开发出了一系列有针对性的类Fen-ton试剂.并主要向两个方向发展:其一是把紫外线引入Fenton体系的光-Fenton法;其二是将Fenton反应和电解反应结合在一个反应器内进行的电-Fenton法.前者因存在光量子效率低和自动生成H2O2不完善等缺点,因而人们把研究的重点开始转移到电Fenton法[3-4].近年来,电-Fenton法广泛用于降解水中硝基苯酚、苯胺、五氯酚和氯硝基苯等多种有机物[5-8].该法是在反应体系中引入自动生成Fenton机制,不用再向反应体系中投加Fe2+或者H2O2,而且能够使反应顺利进行.但是该法也存在一些诸如电流效率低、Fe2+不易再生等缺点[9].为此,笔者考虑将光催化引入到电Fenton反应体系中来实现了对难降解有机废水的去除.关于此类报道目前国内外还很少见.本试验采用光助电Fenton法催化降解硝基苯废水,取得了很好的去除效果,并且有效的降低了Fenton试剂的成本.该方法具有成本低廉、操作维护方便等优点,具有很好的推广价值.1试验部分1.1试验装置电解槽15cm×12cm×15cm,多孔石墨极板面积为10cm×10cm,铁板阳极面积为10cm×10cm,紫外灯选用ZSZ型低臭氧石英紫外线杀菌灯,功率为15W,特征波长为253.7nm;套管为石英玻璃制品,可增加紫外光的透过率.磁力搅拌器为小型曝气装置(武汉科技环保技术有限公司生产).2006年09月第22卷第5期沈阳建筑大学学报(自然科学版)JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)Sep.2006Vol.22,No.51.2水样配制及检测方法试验用的硝基苯水样为配制水样.硝基苯不溶于水,可向水和硝基苯的混浊液中加入磷酸氢二钾使之溶解.具体配置方法是在500mL自来水中移入0.5mL硝基苯,然后加入0.891g磷酸氢二钾,充分摇匀.溶液放置2h,然后再加水稀释至750mL.摇匀,静置1h后待用.使用时,按照所需质量浓度稀释为300mg/L.硝基苯浓度采用还原-偶氮光度法进行测定.1.3试验方法取质量浓度300mg/L的硝基苯水样1.5L放入电解槽中,打开(或关闭)紫外灯电源,以Na2SO4作为支持电解质,在阴极以一定的速率通入空气,以保持溶液中氧气饱和.通过调节直流稳压电源使电化学反应在一定的电流密度下进行.电解过程中每隔一段时间取样1mL,进行分析.2试验结果与讨论2.1初始pH对催化降解的影响打开紫外灯电源,调节稳压直流电源,控制电流密度在10mA/cm2;Na2SO4质量浓度为6g/L,曝气量为35mL/min等保持不变的情况下,对初始pH不同的硝基苯废水进行电解,试验结果如图1所示.图1溶液初始pH值对硝基苯去除率的影响分析图1可知,在pH值为1.5～5.5时,硝基苯的去除率有一定的变化规律.硝基苯在酸性的条件下去除率较高,pH值过低,不利于电解;在pH值为2.5时去除效果最好