超声强化Fenton试剂氧化降解对氯苯酚的研究

２０１４年３月　太原大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｍａｒ．２０１４　第１５卷第１期总第５７期　Ｖｏ１．１５Ｎｏ．１　ＳｕｍＮｏ．５７　文章编号：１６７１—５９７７（２０１４）０１—０１２４—０４　超声强化Ｆｅｎｔｏｎ试剂氧化降解对氯苯酚的研究　汪艳霞　（太原学院环境工程系，山西太原０３００３２）　摘要：有机废水的处理一直受到关注，而废水中对氯苯酚这类污染物毒性大，化学性质稳定，必须对其进行处　理。将超声技术引入到Ｆｅｎｔｏｎ试剂氧化降解对氯苯酚中，通过实验分析影响对氯苯酚降解率的因素，如超声功率、　溶液初始浓度，溶液初始ｐＨ值、Ｆｅ“添加量、Ｈ　０　添加量等。研究结果表明：在ｌＯＯｍｌ浓度为ｌＯＯｍｇ／Ｌ的对氯苯酚　模拟废水中加入０．１５ｇ的Ｆｅ　和０．３ｍｌ　Ｈ２Ｏ２，调节初始ｐＨ＝３，超声输出功率为３００Ｗ，反应时间为９０ｍｉｎ，此时降　解效果最好，去除率为９３．２１％。　关键词：对氯苯酚；超声技术；Ｆｅｎｔｏｎ试剂；降解率　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　表１实验仪器设备　氯酚类化合物不仅有恶臭和异味，而且具有高　度毒性，被广泛用作防锈剂、防腐剂、杀菌剂、除草　剂，在造纸工业中也被广泛应用¨－３］。这些氯酚类　化合物一旦被释放到大自然中，是危害极大的污染　物，氯酚在我国已被列为重点污染物之一。氯酚类　化合物的稳定性非常好，毒性较强，是导致“三致”　中常见的化学物质，这种物质容易富集在生物体内，　仪器设备名称　数控超声波清洗器　精密ｐＨ计　电子天平　微波炉　型号　ＫＱ一５００ＤＢ　ｐＨＳ一３Ｃ　ＪＡ２ｏｏ３　Ｄ８０１７ＴＬ一２Ｗ　酚，氢氧化钠，３０％双氧水，硫酸，其规格全部采用分　析纯（ＡＲ）。　１．３　实验方法　通过食物链会严重威胁人类健康和自然环境，用常　规工艺很难降解　。　事先需调节超声清洗器，预热至３０℃，然后取　一Ｆｅｎｔｏｎ试剂氧化能力很强，对生物毒性较大的　工业废水有一定的处理能力　，武文杰发现，在　Ｆｅｎｔｏｎ试剂氧化处理甲酚废水时，采用超声强化技　术对Ｆｅｎｔｏｎ试剂进行强化，可大大提高处理效　果　。因此，本实验以对氯苯酚为研究对象，采用　定体积的待测溶液于锥形瓶中，加入一定量的　Ｆｅｎ（ＦｅＳＯ　・７Ｈ２Ｏ粉末），用稀硫酸调节ｐＨ，之后　加入一定量的Ｈ：Ｏ　，并迅速放人超声清洗器中振荡　２０ｍｉｎ。待反应完成后，取出锥形瓶，用稀氢氧化钠　调节ｐＨ至碱性（一般为１２），静置３０ｍｉｎ后取上清　液，然后用微波消解法测ＣＯＤ含量，确定降解率。　２结果与讨论　２．１初始浓度的确定　超声强化Ｆｅｎｔｏｎ试剂法对其进行降解，考察各影响　因素对去除率的影响效果。　１　实验仪器设备与试剂　１．１　实验仪器设备　在相同的反应条件下，不同初始浓度的降解率　不同，为了寻找最优的对氯苯酚初始浓度，考察不同　本实验所用的仪器设备如表１所示。　１．２　实验试剂　初始浓度下对氯苯酚的降解效果，分别配置了浓度　为５０ｍｇ／Ｌ，１００ｍｇ／Ｌ，２００ｍｇ／Ｌ，３００ｍｇ／Ｌ的对氯苯　本实验所用的试剂有：七水合硫酸亚铁，对氯苯　收稿日期：２０１４－０２．２２　基金项目：山西省科技攻关项目“焦化废液高效处理技术研究——焦化废水／剩余污泥同步高效处理关键技术研究”　（２０１２０３１３００８—２）　作者简介：汪艳霞（１９７８一），女，山西Ｉ临猗人，太原学院环工系教师。　・１２４・　酚溶液，考察不同时间的降解效率，其它反应条件　为：初始ｐＨ＝３，Ｆｅ　投加量０．１ｇ，Ｈ　０　用量０．　３ｍｌ，超声功率５００Ｗ，降解效果如图１所示。　图１　不同初始浓度下对氯苯酚的降解率　从图１可看出，初始浓度从５０ｍｇ／Ｌ增至１００　ｍｇ／Ｌ时，对氯苯酚的降解率增加很快，当浓度由　１００　ｍｇ／Ｌ再增加时，降解率又呈下降趋势。原因是　当采用超声技术时，对氯苯酚分子只有进入空化泡　界面才可能发生空化降解¨　，和稀溶液相比，高浓　度溶液中的对氯苯酚分子碰撞到空化泡的机率比大　得多，所以降解率较高，如图中所示的１００ｍｇ／Ｌ、２００　ｍｇ／Ｌ及３００　ｍｇ／Ｌ的降解率均要高于５０ｍｇ／Ｌ的降　解率。但当进一步提高初始浓度，由于双氧水浓度不　变，使得每个对氯苯酚分子被ＯＨ・氧化的机率减小，　不能使所有分子都得到充分的反应，由此导致去除率　反而下降，本实验废水初始浓度为１００　ｍｇ／Ｌ。　２．２　降解时间　考察降解时间对对氯苯酚去除率的影响，首先　确定反应条件为：对氯苯酚废水初始浓度１００ｍｇ／Ｌ，　体积为１００ｍｌ，初始ｐＨ＝３，Ｆｅ　投加量为０．１ｇ，　Ｈ　Ｏ　用量０．５ｍｌ，超声功率４００Ｗ。选取五个时间　段进行分析，测取对氯苯酚的去除率，时间分别为：　３０ｍｉｎ，６０ｍｉｎ，７５ｍｉｎ，９０ｍｉｎ和１２０ｍｉｎ。去除效果如　图２所示　一　一　料　－悄　图２　降解时间对去除率的影响　由图２可知，降解时间不同，去除率也有很大的　变化。当反应时间小于９０ｍｉｎ时，降解率呈上升趋　势，９０ｍｉｎ时，ＣＯＤ的去除率达到８７．２％，为最大　值，此后再进一步延长反应时间时，ＣＯＤ的去除率　基本上没有变化，说明无限制地延长反应时间已经　没有任何意义，所以在后续实验过程中降解时间取　９０ｍｉｎ。　２．３　ｐＨ值　一般情况下，低初始ｐＨ值有利于污染物的超　声辐照降解ｌｌ　，初始ｐＨ在２—６范围内选取调节初　始ｐＨ值为２、３、４、５、６。其它条件为：１００ｍｌ浓度为　１００　ｍｇ／Ｌ的对氯苯酚废水，Ｆｅ　投加量０．１ｇ，Ｈ：０２　用量０．５ｍｌ，超声功率４００Ｗ，反应时间９０ｍｉｎ。ｐＨ　值对降解率的影响如图３所示。　１０ｏ　８Ｏ　一６０　４Ｊ０　图３　ｐＨ值对降解率的影响　从图３可见，初始ｐＨ对去除率的影响很大。　初始ｐＨ为２和３时，降解率均高于ｐＨ为４、５、６时　的降解率，且ｐＨ为３时降解率最大，为８７．２％。这　说明，酸性反应环境对对氯苯酚的降解是十分有利　的。分析原因是因为ｐＨ较高时，容易使溶液中的　铁离子产生沉淀失去催化能力，同时较高的ｐＨ值　会使Ｈ　０：产生无效分解，降低其利用率，因此，在　本次实验中采用ｐＨ值为３。　２．４超声功率　实验采用的仪器是超声清洗器，最高功率为　５００Ｗ，所以选取５０Ｗ，１００Ｗ，２００Ｗ，３００Ｗ，４００Ｗ，　５００Ｗ这六个超声输出功率来进行实验研究。确定　其它反应条件为：初始浓度１００　ｍｇ／Ｌ，初始ｐＨ＝３，　Ｆｅ“用量０．１ｇ，Ｈ２０２用量０．５ｍｌ，反应时间９０ｒａｉｎ。　超声功率对去除率的影响如图４所示。　一　、＿／　静　图４超声功率对降解率的影响　由图４可知，随着超声功率的增加，去除率也增　加，但是超声功率也不能过高，超声功率为３００Ｗ时　・１２５・　去除率以达到８７．３％。而此后随着功率的增大，曲　线比较平缓，而功率在３００Ｗ～５００Ｗ时，去除率的　变化也不大。此时，超声功率对对氯苯酚的影响已　经达到稳定状态，再增大输出功率对于反应的影响　也不大，还会造成资源浪费，实际处理中应考虑到这　些因素，超声功率选择为３００ｗ。　２．５　Ｈ２Ｏ２加入量　反应条件为：对氯苯酚废水初始浓度１００　ｎａｇ／　Ｌ，初始ｐＨ＝３，Ｆｅ¨用量０．１ｇ，超声功率３００Ｗ，反　应时间９０ｍｉｎ。Ｈ　Ｏ　添加量对去除率的影响如图５　所示。　（ｍＥ）　图５　Ｈ：Ｏ　的加入量对降解率的影响　由图５可见，当Ｈ　Ｏ　用量小于０．３ｍｌ时，曲线　呈上升趋势。这是由于随着Ｈ　Ｏ　投加量的增加，　有机物降解充分，添加量为０．３ｍｌ时，去除率最高，　达到９０．２％。若此后继续增加Ｈ　Ｏ　投加量，降解　率非但不增加，反呈现稍稍降低的趋势，原因是当有　机物的氧化降解完成后，升成的产物不再参与反应，　不会再消耗Ｈ　Ｏ　，此时，在溶液中存在过量的　Ｈ　Ｏ　，而过多的Ｈ　Ｏ：又与・ＯＨ发生反应生成氧化　能力稍弱的ＯＨ　・，使得后续反应的降解率有所下　降。反应中最佳Ｈ　Ｏ　用量为０．３ｍｌ。　２．６　Ｆｅ　浓度　Ｆｅｎ和Ｈ　Ｏ　的添加量要达到一定比例时才能　使Ｆｅｎｔｏｎ试剂的降解效果达到最好，在此将讨论　Ｆｅ¨添加量对于去除率的影响。反应条件为：对氯　苯酚废水初始浓度１００ｍｇ／Ｌ，初始ｐＨ＝３，Ｈ　Ｏ：为　０．３ｍｌ，超声功率３００Ｗ，反应时间９０ｍｉｎ。降解效果　如图６所示。　图６　Ｆｅ　投加量对降解率的影响　・１２６・　从图６可以看出，当Ｆｅ　添加量小于０．１５ｇ时，　曲线呈上升趋势，添加量为０．１５ｇ时，去除率可达到　９３．２１％，此后再随着Ｆｅ　添加量的增加，降解率反　呈下降趋势。原因是：从Ｆｅｎｔｏｎ反应机理来看，　Ｆｅ¨加入量小，不利于初始时・ＯＨ的产生，降解率　较低，但当催化剂Ｆｅ　过高时，反应初期便与Ｈ：０　迅速反应产生大量・ＯＨ，部分・ＯＨ自身会发生相　互反应，这样就导致了Ｈ：０　利用率下降。由此可　得出Ｆｅ　最佳添加量为０．１５ｇ。　３　结论　根据上述的超声强化Ｆｅｎｔｏｎ试剂氧化降解对　氯苯酚影响因素的分析，可以得到以下结论：　１、溶液浓度、降解时间、初始ｐＨ、超声功率、　Ｈ　０　加入量、Ｆｅ　投加量对对氯苯酚的降解效果有　影响。　２、实验最佳方案：对氯苯酚废水初始浓度为　１００ｍｇ／Ｌ，初始ｐＨ为３，Ｈ：Ｏ　投加量为０．３ｍｌ，超声功　率３００Ｗ，反应时间９０ｍｉｎ，Ｆｅ　最佳添加量为０．１５ｇ。　参考文献：　［１］李君敬，刘惠玲．氯酚废水处理方法研究进展［Ｊ］．工业　水处理，２０１３，３３（９）．　［２］王晓燕，尚伟．水体有毒有机污染物的危害及优先控制　污染物［Ｊ］．首都师范大学学报，２００２，２３（３）．　［３］丛燕青．氯酚的电化学降解行为及治理研究［Ｄ］．浙江大　学，２００４．　［４］许文武，孟菁，胡威，等．５种酚类化合物对３种水生生物　的毒性作用［Ｊ］．环境化学，２０１１，３０（１０）．　［５］金小伟，查金苗．酚类化合物对青鱼和细鳞斜颌鲴幼鱼　的毒性［Ｊ］．环境科学学报，２０１０，３０（６）．　［６］赵丽，王明仕，刘征涛，等．酚类化合物对小白鼠脾脏细　胞ＤＮＡ毒性的构效相关研究［Ｊ］．安全与环境学报，　２００６，６（５）．　［７］王彦丽．多氯酚污染物的降解研究进展［Ｊ］．安徽农业科　学，２００９，３７（３０）．　［８］左剑恶，肖晶华，陈莉莉，等．氯代有机污染物在厌氧条　件下还原脱氮的研究进展［Ｊ］．环境污染治理技术与设　备，２００３，４（６）．　［９］阮洋，邹有良，沈卓贤，等．Ｆｅｎｔｏｎ法处理低浓度含氰电镀　废水的研究［Ｊ］．水处理技术，２０１２，３８（１）．　［１０］姚伟卿，谭海剑．Ｆｅｎｔｏｎ氧化法处理造纸废水的研究进　展［Ｊ］．广东化工，２０１３，４０（４）．　［１１］武文杰．超声波联合Ｆｅｎｔｏｎ试剂降解间甲酚的研究　［Ｄ］．郑州大学，２００６．　［１２］肖磊，邹华生，钟艳玉，等．超声技术降解对氯苯酚的研　究［Ｊ］．环境科学与技术，２００５，２８（６）．　［１３］皮运正，王建龙．臭氧氧化水中４一氯酚的机理和反应　途径［Ｊ］．中国科学：Ｂ辑，化学，２００６（１）．　［责任编辑：董春娟］　Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　４－ｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｏｌ（４－ＣＰ）ｂｙ　Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｆｅｎｔｏｎ　Ｒｅａｇｅｎｔ　、　ＮＧ　Ｙａｎ．ｘｉａ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌａ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００３２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｗａｓｔｅ　ｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｉｓ　ｄｅｅｐｌｙ　ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ　ｂｙ　ｐｅｏｐｌｅ　ａｌｌ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ４－ＣＰ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｗａｓｔｅ　ｗａ—　．ｔｅｒ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｈｉｇｈｌｙ　ｔｏｘｉｃ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ　ｓｔａｂｌｅ．Ｉｔ　ｍｕｓｔ　ｂｅ　ｔｒｅａｔｅｄ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇＹ　ｉｎｔｏ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｇｒａ．　ｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　４一ｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｏｌ（４－ＣＰ）ｂｙ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｆｅｎｔｏｎ　ｒｅａｇｅｎｔ，Ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　ｕｈｒａｓｏｕｎｄ．ｉｎｉｔｉａ１　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｉｎｉｔｉｌ　ｐＨ，ｔｈｅ　ｉｎｉａｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｅ“，ｔｈｅ　ｄｏｓａｇｅ　ｏｆ　Ｈ２　Ｏ２　ａｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｈｓ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅｓｔ　ｒｅ—　ｍｏｒａｌ　ｏｆ　４一ｃｈｌｏｍｐｈｅｎｏｌ（４－ＣＰ）ｗｉｔｈ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌＯＯｍｇ／Ｌ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅａｃｈ　９３．２１％ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ：ａｄｄｉｎｇ　０．　１５ｇ　Ｆｅ“ａｎｄ　０．３ｍｌ　Ｈ２Ｏ２　ｔｏ　ｔｈｅ　ｗａｓｔｅ　ｗａｔｅｒ　ｏｆ　ｖｏｌｕｍｅ　ｌＯ０ｍｌ，ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｐＨ　ｔｏ　３，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｂｅｉｎｇ　３００Ｗ，　．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇ　９０　ｒａｉｎ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅ　ｉｓ　９３２１％．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：４一ＣＰ；ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ；Ｆｅｎｔｏｎ　ｒｅａｇｅｎｔ；ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　（上接第１２３页）　Ｖａｌｕｅ　ａｎｄ　Ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｐｏｐｕｌａｒ　Ｌａｎｇｕａｇｅ　ｉｎ　Ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　Ｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ＳＵＮ　Ｙａ．ｎｉ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ａｒｔ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００３２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｏｐｕｌａｒ　ｌａｎｇｕａｇｅ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｈａｓ　ｉｎｈｅｒｅｎｔ　ａｄｖｅｒｔｉｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＷｈｅｎ　ｉｔ　ｉｓ　ｃｈａｎｇｅｄ　ｉｎｔｏ　ａｄｖｅｒ．　．ｔｉｓｅｍｅｎｔ，ｉｔ　ｓｔｉｌｌ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｉｄｅａｌ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｍｅｍｏｒｙ　ａｎｄ　ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ．Ｓｏ　ｉｔ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｐｏｐｕｌａｒ　ｌａｎ—　，ｕａｇｅ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｇｎ　ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔｓ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｘｅｒｔ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｌａｎｇｕａｇｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｄｅｇｒｅｅ　ａｎｄ　ａｖｏｉｄ　ｔｈｅ　ｎｅｇａ—　ｔｉｒｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｉｔ　ｍａｙ　ｂｒｉｎｇ，ｗｅ　ｍｕｓｔ　ａｄｏｐｔ　ｓｏｍｅ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｓｋｉｌｌｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｐｏｐｕｌａｒ　ｌａｎｇｕａｇｅ　ｉｎ　ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎｅｔｗｏｒｋ　ｐｏｐｕｌａｒ　ｌａｎｇｕａｇｅ；ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ａｄｖｅｒｔｉｓｅｍｅｎｔ；ａｄｖｅｒｔｉｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　・１２７・