紫外激活过硫酸钠技术降解水中氯苯的研究

摘""""" 要： 采用紫外激活过硫酸钠体系（UV/PS）降解水中的氯苯，考察了初始pH值、过硫酸盐投加量、氯苯初始浓度、氯离子浓度等对氯苯降解的影响。实验结果表明：氯苯初始浓度为20 mg/L，初始pH值为5，过硫酸盐投加量为200 mg/L条件下，氯苯的去除率达到了98.6%。氯离子对氯苯的去除有一定影响，当Cl^-浓度大于15 mmol/L时，氯苯的降解效率明显下降。

关" 键" 词：紫外光；过硫酸盐；氯苯；影响因素

中图分类号：TQ085 """""文献标识码： A"""" 文章编号： 1004-0935（2023）08-1142-04

氯苯是一种重要化工原料，被广泛运用于工业制造、材料合成、染料、农药、医药等行业^[1]。然而，由于氯苯具有高毒性、难降解性和脂肪溶解性，会危害各类生物的健康^[2]。同时，氯苯的化学性质非常稳定，具有很强的生物积累性和生物毒性，造成严重的环境污染^[3-4]，对人体具有致癌作用，包括我国在内的多个国家已将氯苯列为优先控制污染物，并在水中设定了极低的限量^[5]。因此，采取有效的技术降解水中氯苯对减轻水污染状况具有重要意义。

近年来，基于HO·和SO₄·⁻的氧化工艺被认为是降解各种难降解有机污染物的最有效技术^[6-7]。HO·和SO₄·⁻可通过UV光解、加热或金属活化H₂O₂或过硫酸盐等^[8]。在这些过程中，气态的氯苯被水吸收到水相中，溶解的氯苯被反应态氧化，如HO·和SO₄·^-[9-10]。一方面，HO·和SO₄·^-瞬时氧化氯苯可以通过降低气相和水相之间的浓度差异来促进氯苯的吸收^[11]。另一方面，氯苯降解的中间体一般亲水性较强，大部分可以捕获在水相中^[12]。其中，过硫酸盐活化后产生的硫酸根自由基（SO₄·^﹣，Eh = 2.6 V）具有强大的氧化能力，可降解包括氯苯在内的大部分有机污染物，是有机污染物降解的常见手段^[13-16]。因此，本文以氯苯为研究对象，通过模拟试验平台构建UV/PS体系降解水中的氯苯，并研究初始pH值、氯苯初始浓度、过硫酸盐投加量、氯离子等对氯苯降解效果的影响。

1 "材料和方法

1. "实验仪器与试剂

实验仪器：实验装置如图1所示，所用紫外灯管为Philips公司生产，功率为75 W，额定工作电压为220 V，紫外灯主波长为254 nm，光强度为

142μm/cm²。磁力搅拌器（JB-1B，上海雷磁）、pH计（PHS-3C，上海雷磁）、高效液相色谱仪（SPD-M10AVP，岛津公司）、分光光度计（DR3900，美国哈希）。

试剂：氯苯（＞99.0%）、过硫酸钠 （persulfate，PS）、硫酸、氢氧化钠、甲醇等均为分析纯。

1.2" 实验方法

取500 mL一定浓度的氯苯废水，用氢氧化钠或稀硫酸溶液调节到设计pH值。将设计浓度的氯苯废水置于锥形瓶中，并加入一定量的PS，在紫外装置中反应，并开启磁力搅拌器 。在设定的反应时间取样25 mL，并同时加入甲醇作为猝灭剂，确保活性自由基猝灭，反应终止。通过高效液相色谱分析水样中的氯苯含量。

1.3" 分析方法

实验采用高效液相色谱进行氯苯浓度的分析，色谱柱为安捷伦C18柱（4.6 mm×250 mm）。高效液相色谱分析条件设定为：（1）流动相：甲醇/水=7∶3；（2）流速：1.5 mL·min^-1；（3）进样体积：20 μL；（4）检测器：紫外检测器；（5）检测波长：200 nm；（6）柱温：25 ℃。pH值使用便携式pH 计进行测试。

2 "结果和讨论

2.1 "反应条件对氯苯去除率的影响

2.1.1 "初始pH值的影响

考察初始pH值对氯苯去除率的影响，实验条件如下：氯苯初始浓度为20 mg/L，PS溶液投加量为200 mg/L条件下，设置初始pH值分别为 3、5、7、9、11，研究初始pH值对氯苯的影响，实验的结果如图2所示。

由图2可知，在不同pH值条件下，氯苯均可被有效去除。pH值为5.0时，氯苯能够得到最高的降解速率，反应60 min后，其氯苯的去除率达到了98.6%。pH值为7.0、9.0、11.0、3.0 时，氯苯的去除率分别为93.4%、92.6%、90.2%、95.8%，表明在酸性的条件下，氯苯的去除效果总体高于碱性条件。这是由于在酸性条件下，系统中存在的 H⁺会与过硫酸盐反应生成更多的硫酸根自由基，从而可以提高氯苯的去除率。

2.1.2 "氯苯初始浓度的影响

考察氯苯初始浓度对氯苯去除率的影响，实验条件如下：初始pH值为5，PS投加量为200 mg/L条件下，设置氯苯的初始浓度分别为10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、50mg/L，氯苯的降解结果见图3。

由图3可知，氯苯初始浓度对氯苯的去除率有较大的影响，随着氯苯初始浓度的增加，氯苯的去除率呈逐步下降趋势。当氯苯初始浓度从10 mg/L增加到50 mg/L时，反应60 min时氯苯的去除率由99.2%降低到了81.6%。在其他条件保持相同的情况下，投加等量过硫酸盐的样品中，产生的硫酸自由基可认为近似相同。在反应体系内，氯苯的初始浓度越高，单位时间、单位体积内其受到紫外光裂解的机会就会越少，导致其反应速率也会同步下降。

2.1.3 "过硫酸盐投加量的影响

考察过硫酸盐投加量对氯苯去除率的影响，实验条件如下：初始pH值为5，氯苯初始浓度为20 mg/L条件下，设置PS的投加量分别为50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L，氯苯的降解结果见图4。

从图4可以看出，随着PS投加量的增加，氯苯的去除效果也逐步提高，PS投加量从50 mg/L提高到200 mg/L时，反应60 min时氯苯的去除效率从70.5%提高到98.6%，氯苯的去除率显著提升；当PS投加量继续提高到200 mg/L时，氯苯的去除效率提升幅度有限。这是因为随着过硫酸盐浓度增加，产生的SO₄·^﹣也逐渐增多，从而提升氯苯污染物的去除效果。但是当PS投加量瞬间过高时，产生的SO₄·^﹣又在过量的S₂O₈^2﹣作用下被淬灭^[7]，使得系统中硫酸根自由基减少，其氧化效应减弱，导致有机底物降解速率减慢。

2.1.4 "氯离子的影响

氯离子（Cl^-）是水体中较为常见的阴离子。在初始pH值为5，氯苯初始浓度为20 mg/L，PS投加量为200 mg/L时，实验不同浓度Cl^-对UV/PS体系中氯苯降解效能的影响，实验结果见图5。

结果表明，当Cl^-浓度大于15 mmol/L时，氯苯的降解效率受到明显影响。随着氯离子投加量的增加，氯离子与氯苯发生竞争反应，致使产生的氯自由基含量也增加，而氯自由基的氧化电位比硫酸自由基要更低^[17]，因此反应速率降低。

3" 结 论

1）紫外激活过硫酸钠体系可有效降解氯苯，氯苯初始浓度为20 mg/L，初始pH值为5，PS投加量为200 mg/L时，氯苯的去除率达到了98.6%。

2）Cl^-离子对氯苯的去除有一定影响，当Cl^-浓度大于15 mmol/L时，氯苯的降解效率明显下降。

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Study on UV-activated Persulfate Oxidation of Chlorobenzene in Water

LI Wu-ying， YANG Hu-jun， XIE Zhi-jun， HUANG Xing-gang， YAN Bing-tong， WANG Ling-zhi

（WELLE Environmental Group Co.， Ltd.， Changzhou Jiangsu 213001， China）

Abstract：" UV-activated persulfate oxidation system was used to remove chlorobenzene in aqueous solution. The effects of initial pH value， initial concentration of chlorobenzene， dosage of sodium persulfate and chloride ion concentration were investigated. The experimental results showed that the removal rate of chlorobenzene reached 98.6% under the conditions of initial mass concentration of chlorobenzene 20 mg·L-1， initial pH of 5， persulfate dosage of 200 mg·L-1. Chloride ion had effect on the removal of chlorobenzene. When the concentration of chloride ion was more than 15 mmol·L-1， the degradation efficiency of chlorobenzene decreased obviously.

Key words： UV; Persulfate; Chlorobenzene; Influence factor