US/Fenton试剂法处理对硝基苯酚的研究

汪艳霞

(太原学院环境工程系，山西 太原 030032)

随着生产规模的不断扩大及工业技术的飞速发展，有机废水的污染源日益增多。酚类是水体中常见的污染物，通过皮肤、口腔等方式进入生物体内，可使生物体内细胞失去活性，对神经系统伤害最严重，可使神经系统发生病变[1]。酚类化合物化学、生物稳定性良好，难以降解，对环境污染严重[2]。因此，含酚废水的处理一直是废水处理中的难题。

对硝基苯酚(P－NP)在化学工业生产中被广泛应用，它是生产农药或燃料合成中的原料物质或中间产物，是一种环境优先控制污染物。对硝基苯酚在自然界中较难生物降解，且具有“致突变、致畸、致癌”作用[3]，常规的生物处理法难于处理低浓度的对硝基苯酚废水。选择低耗、高效及无害化的处理方法，成了近些年来人们研究的方向。

超声声化学法具有污染小、低能耗等优点，能将废水中有毒有害有机物物质转化成毒性较小的甚至于不含毒性的无机物质，是一种较好的高效废水处理技术，超声声化学降解技术为我们开辟了一条新的途径[4，5]。不过在应用过程中发现，在处理对硝基苯酚废水时，单独超声处理效率较低[6]。Fenton试剂氧化能力很强，尤其适用于处理对生物毒性较大的工业废水[7－9]。考虑到超声化学法和Fenton试剂的特点，本实验采用超声/Fenton试剂法联用来处理对硝基苯酚废水，考察其各种影响因素对对硝基苯酚降解效果的影响，为将其推广到工业应用中，打下理论基础。

1 实验试剂与仪器设备

1.1 实验试剂

实验中采用180mg/L[10]的对硝基苯酚溶液。实验中的试剂有:对硝基苯酚，30%双氧水，七水合硫酸亚铁，硫酸，氢氧化钠，其规格全部采用分析纯(AR)。

1.2 实验仪器设备

表1 实验仪器设备

1.3 实验方法

将对硝基苯酚模拟废水中加入一定配比的Fenton试剂，调节pH，加入一定量的双氧水和七水合硫酸亚铁后、迅速置于事先已经预热至25℃的数控超声清洗器中振荡一段时间，待反应完全后，静止一定时间，然后采用紫外分光光度计对其浓度进行分析。以观察对硝基苯酚的去除率及降解效果。

通过实验研究来探讨影响对硝基苯酚降解的各种主要因素，以及确定超声－Fenton试剂法氧化降解对氯苯酚的最佳条件。

2 结果与讨论

2.1 降解时间

取已配置好的反应液500ml于锥形瓶中，调节pH值为3，加入双氧水量0.30mL、七水合硫酸亚铁0.025g、设置超声波清洗器功率为500w条件下进行降解，研究US/Fenton试剂法对水中对硝基苯酚降解的影响。分别在 10、20、30、60、120min时对降解的试样进行测定分析。分析结果如图1所示。

图1 不同时间P－NP降解情况

从图1可看出，随着降解时间的增长，去除率呈上升趋势，并且在60min时去除率可以达到86.7%，随后即使降解时间增长，但去除率基本上和降解时间为60min时差别不大，所以在后续实验过程中降解时间取60min。

2.2 pH 值

取已配置好的6份反应液250ml于锥形瓶中，调节初始 pH 值为 2、3、4、5、6、7，加入双氧水0.15mL、七水合硫酸亚铁 0.013g、设置超声波清洗器功率为500w，对反应液进行降解60min。不同pH值对US/Fenton试剂法降解对硝基苯酚的影响如图2所示。

图2 不同pH值对US/Fenton试剂法降解P－NP的影响

从图2可见，当溶液pH值为7，溶液为中性时，US/Fenton试剂对水中对硝基苯酚几乎没有降解作用。当溶液呈酸性时，对于浓度为180mg/L的对硝基苯酚溶液，pH值由2增大到3再增大到7，对硝基苯酚的降解率由81.4%升到86.0%再降到8.99%。可见，在我们所研究的范围内，pH值为3时降解速率最高。彭晓兰[11]等研究了对硝基苯酚在水中的离解，发现分子态对硝基苯酚更容易进入气相区、膜区和气相区进行反应，而离子态对硝基苯酚无法进入气相区进行反应，且在酸性较强的条件下，溶液中分子态的对硝基苯酚增多，恰好和我们的实验结果一致，因此，在本次实验中采用pH值为3。

2.3 Fe2+浓度

取已配置好的五份反应液250mL置于锥形瓶中，调节pH值为3，加入双氧水0.15mL，分别加入七水合硫酸亚铁为 0.010g、0.015g、0.020g、0.025g、0.030g，对应 Fe2+ 浓度分别为 8、12、16、20、24mg/L，设置超声波清洗器功率为500w进行降解60min，降解结果如图3所示。

图3 不同Fe2+浓度对US/Fenton试剂法降解P－NP的影响

如图3所示，当Fe2+初始浓度为8mg/L时，对硝基苯酚的降解率为84.87%，随着投加量的增加而增加，Fe2+初始浓度为16mg/L时，对硝基苯酚的降解率为86.43%，再继续增加Fe2+的初始浓度降解率降低了。原因是因为H2O2在高催化剂作用下，瞬间可产生过多的活性·OH，多余的未消耗的·OH自身相互反应被消耗掉了，致使催化作用下产生的活性·OH未被有效利用。因此，Fe2+最优浓度取值为16mg/L。

2.4 超声功率

取已配制好的六份反应液250mL置于锥形瓶中，调节 pH值为3，投加 Fe2+初始浓度为16mg/L的七水合硫酸亚铁量为0.020g，加入双氧水量为0.15mL、设置超声波清洗器功率分别为250w、300w、350w、400w、450w、500w 进行降解60min。不同超声功率下US/Fenton试剂法降解对硝基苯酚的降解情况见图4所示。

由图4可知，随着超声功率的增加，对硝基苯酚的降解率也在增加，当超声功率为250w时，降解率为83.91%;当超声功率为500w时降解率增加到86.52%，本实验的超声功率选择为500w。

图4 超声功率对US/Fenton试剂法降解P－NP的影响

2.5 H2O2加入量

取已配置好的七份反应液250mL置于锥形瓶中，调节pH值为3，投加七水合硫酸亚铁量为0.020g，分别加入双氧水量为 0.10mL、0.15mL、0.20mL、0.25mL、0.30mL、0.35mL、0.4mL，设置超声波清洗器功率为500w进行降解60min。不同H2O2浓度下对硝基苯酚的降解情况如图5。

图5 不同H2O2的加入量对US/Fenton试剂法降解P－NP的影响

由图5可见，当H2O2投加量为0.1mL时，降解率为65.37%。当H2O2投加量为0.35mL时，降解率为98.37%，提高了33%多。当 H2O2投加量增加到0.4mL时，水中对硝基苯酚的降解率则从98.37%提高到98.98%，效果不明显，为了节省原料，将选用H2O2初始浓度为0.35mL。

3 优选前后的降解效果

取两份对硝基苯酚溶液250mL置于锥形瓶中，优化前条件为:pH值为3，双氧水0.15ml、七水合硫酸亚铁量为0.015g(浓度为12mg/L)、超声功率为500w;优化后条件为:pH值为3，双氧水0.35ml、七水合硫酸亚铁量为 0.020g(浓度为16mg/L)、超声功率为500w，对优化前后的两份试样进行降解，研究其浓度随降解时间的变化。实验结果如图6所示。

由图6可知，在优选条件下US/Fenton试剂法降解对硝基苯酚60min后的去除率可达到99%，比优化前高出12.5%。说明优化条件的选择对实验非常重要。

图6 优化前后US/Fenton试剂法降解PNP比较

4 结论

1、US/Fenton试剂法对水中对硝基苯酚的降解率受pH影响明显。实验中最佳pH为3。

2、US/Fenton试剂法降解水中对硝基苯酚，Fe2+初始浓度为16mg/L比较适合。

3、在所研究的范围里，随着H2O2投加量的增加，水中对硝基苯酚的降解率有很大的提高。实验中最佳量为0.35mL。

4、随着超声功率的增加US/Fenton试剂降解对硝基苯酚的降解率也在增加。

5、对于180mg/L的对硝基苯酚，当pH值为3，Fe2+初始浓度为16mg/L，H2O2初始浓度为0.35mL，超声功率为500w，降解时间为60min时降解效果最好，可达到99%。

[1]王雪莲，王林格，黄勇.超声化学在降解水中有机污染物的应用[J].化学通报，2006，32(3).

[2]杨彩玲，魏瑞霞.含酚废水处理技术的研究进展[J].河北理工大学学报，2010，31(1).

[3]杨红，孙建华，谭国进，等.对硝基苯酚废水降解的初探[J].广西轻工业，2009，3(124).

[4]李洁.水中对硝基苯酚的超声降解[D].郑州:郑州大学，2004.

[5]戴巍，戴竹青.超声波降解水中苯酚的研究[J].当代化工，2011，40(11).

[6]武文杰.超声波联合Fenton试剂降解间甲酚的研究[D].郑州:郑州大学.2006.

[7]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).

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[11]彭晓兰，陈晨，龙娟，等.超声内电解协同作用对对硝基苯酚的处理[J].工业给排水，2007，33(5).