过氧化氢催化氧化处理含氯酚废水的研究_鲁军

Vol.24No.11998-02华东理工大学学报JournalofEastChinaUniversityofScienceandTechnology+国家教委留学回国人员基金资助项目1)现工作单位:威海市环保局;2)现工作单位:郑州工业大学环评室收稿日期:1997-02-24过氧化氢催化氧化处理含氯酚废水的研究+鲁军*刘兆骏谭福先1)王莉2)(华东理工大学能源化工系,上海200237)提要:以有机化合物氯酚(COD)为模拟废水,在铁离子催化剂参与下,用H2O2催化氧化氯酚。实验结果表明:在铁离子(Fe2+或Fe3+)催化下,H2O2可以迅速分解产生羟基自由基,羟基自由基能在很短的时间内将氯酚迅速氧化分解,反应10min后已测不出反应液中所含氯酚。最终COD的去除率在80%以上。H2O2浓度、催化剂浓度、溶液的pH值等因素对COD的去除率均有影响。关键词:Fenton试剂;过氧化氢;催化氧化;铁离子;废水中图分类号:X5061894年Fenton[1]发现H2O2水溶液加入Fe2+后,具有很强的氧化能力,并称之为Fenton试剂。后人运用该试剂去处理那些生物难降解的有机化合物废水。Eisenhauser[2,3]首次研究使用Fenton试剂处理含酚和含烷基苯磺酸盐的合成洗涤剂废水。1968年Bihorp[4]使用Fenton试剂催化氧化难降解的有机废水。1991年Sedlak[5]研究了用Fenton试剂处理氯苯废水。此后许多学者对Fenton试剂又进行了大量的研究,一致表明Fenton试剂具有很强的氧化能力,处理有机废水范围广,效果显著。此外,Walling[6,7]和Norman及Jefcoate[8～10]等人分别研究了Fenton试剂的氧化机理。认为Fenton试剂的氧化主要是H2O2催化分解生成氧化能力更强的羟基自由基。Barb[11]提出了亚铁离子催化H2O2生成羟基自由基的反应历程及其副反应。目前,含生物难降解有机物污染水体的问题日益严重。本文在Fenton试剂的基础上,使用H2O2加Fe3+催化氧化氯酚。目的在于如何使催化剂循环利用,防止使用后的催化剂经抛弃而造成的二次污染,并探讨其反应的各种影响因素及其最佳条件。1实验部分1.1原料及仪器设备H2O2、FeSO4、Fe2(SO4)3都为分析纯试剂。分光光度计由上海分析仪器三厂制造,pH计为pHS-4DpHMeter数字式。1.2实验方法1.2.1H2O2的分解实验去离子水500mL,加入一定量的FeSO4或Fe2(SO4)3,搅拌均匀,调节pH至定值,然后加入一定量的H2O2溶液进行反应,每隔一定时间测定其吸光度及pH·31·DOI:10.14135/j.cnki.1006-3080.1998.01.007值。1.2.2H2O2催化氧化实验取氯酚浓度为600mg/L的废水于500mL烧杯中,加入一定量的FeSO4或Fe2(SO4)3,用磁力搅拌器搅拌均匀,调节pH至定值,然后加入一定量的H2O2溶液进行反应。待反应完全后,测定反应液中残存的化合物和COD等参数。2分析方法2.1氯酚及化学需氧量COD的测定利用过量KBrO3-KBr氧化氯酚,用Na2S2O3滴定剩余的KBrO3-KBr,计算氯酚的浓度。采用标准重铬酸钾法测定COD值。2.2过氧化氢浓度的测定2.2.1比色法用硫酸钛处理H2O2溶液,其吸光度与H2O2浓度(CH2O2)呈线性关系。因此,可用光电法测定溶液的吸光度以确定H2O2的浓度。2.2.2滴定法用标准高锰酸钾溶液滴定H2O2,根据高锰酸钾溶液的浓度及所消耗的体积来确定H2O2溶液的浓度。3结果与讨论3.1pH值对H2O2分解的影响pH值对处理效果的影响十分显著。图1是在H2O2存在的情况下,用Fe2+和Fe3+作催化剂分解H2O2的情况(图中MH2O2/MFe2+、Fe3+表示H2O2与Fe2+和Fe3+的摩尔比)。从图1中可以看出,以Fe2+为催化剂,当pH在2.5～4.0时H2O2的分解率均大于66.3%,最佳H2O2分解的pH值在3.0～3.5之间。尤其当pH=3.5时,H2O2的分解率达81.3%。当pH>4时,H2O2的分解随pH的增加而减少。当pH=7.0时,H2O2的分解率仅为11.9%。可见在酸性pH范围有利Fe2+对H2O2的分解。以Fe3+作催化剂时情况相似,但pH值范围有所不同,Fe3+对H2O2的分解率也小得多。原因在于H2O2+Fe2+和H2O2+Fe3+的反应中,Fe2+和Fe3+随pH变图1pH值对H2O2分解的影响Fig.1EffectofpHondestructionofH2O2CH2O2=80mg/L;MH2O2/MFe2+、Fe3+=1图2pH值对氯酚COD去除的影响Fig.2EffectofpHonde