應(yīng)用3種Fenton系列氧化工藝降解對氯酚的研究
摘要:研究了在草酸鐵/Fenton、UV/Fenton和暗Fenton系列工藝中K2C2O4、H2O2、FeSO4的濃度、pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間對對氯酚降解的影響。得出草酸鐵/Fenton工藝比其它2種工藝對對氯酚具有更高的去除率，且使降解反應(yīng)進(jìn)行的pH范圍更寬，反應(yīng)時間更短。這使得草酸鐵/Fenton和UV/Fenton工藝在實(shí)際生產(chǎn)中可望得到應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：草酸鐵 Fenton 對氯酚 去除率
1 前言
隨著人們對Fenton試劑研究的日益廣泛，在它的基礎(chǔ)上又派生出許多分支，如引入UV光及草酸鹽得到UV/Fenton工藝[1]及UV/Fe(C2O4) 33–/H2O2（簡稱草酸鐵/Fenton）工藝[2]。已有人證明，UV/Fenton工藝及草酸鐵/Fenton工藝同普通Fenton工藝相比較而言具有更強(qiáng)的氧化能力和更高的氧化效率[3,4]。但關(guān)于這3種工藝在處理某種廢水中所表現(xiàn)出的優(yōu)缺點(diǎn)的報道卻不多。本文研究了3種工藝在對氯酚降解過程中所表現(xiàn)出的特性，為這3種工藝在含酚廢水中的應(yīng)用起到一定的指導(dǎo)作用。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1試劑和儀器
H2O2（30%），F(xiàn)eSO4•7H2O，K2C2O4，對氯酚（A.R.級）。
20W紫外燈（北京亞明燈泡廠），721分光光度計（上海第三分析儀器廠）。
2.2 分析方法
對氯酚的測定：4-氨基安替比林分光光度法。
2.3 實(shí)驗(yàn)方法
2.3.1草酸鐵/Fenton工藝 取50mL（50mg/L）對氯酚放入100mL燒杯中,調(diào)pH=3后,加入一定量的K2C2O4、FeSO4和H2O2，然后在室溫18℃時于20W紫外燈照射下反應(yīng)40min后加堿調(diào)pH值終止反應(yīng)，測定對氯酚的去除率。
2.3.2 UV/Fenton工藝 取50mL（50mg/L）對氯酚放入100mL燒杯中，調(diào)pH=3后，加入一定量的FeSO4和H2O2，然后在室溫18℃時于20W紫外燈照射下反應(yīng)40min后加堿調(diào)pH值終止反應(yīng)，測定對氯酚的去除率。
2.3.3 暗Fenton工藝 取50mL（50mg/L）對氯酚放入100mL燒杯中，調(diào)pH=3后，加入一定量的FeSO4和H2O2，然后在室溫18℃時于暗處反應(yīng)40min后加堿調(diào)pH值終止反應(yīng)，測定對氯酚的去除率。
3結(jié)果及討論
3.1 K2C2O4濃度的影響
固定H2O2及FeSO4的濃度均為1mmol/L？疾炝薑2C2O4濃度對草酸鐵/Fenton工藝降解對氯酚的影響情況，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。
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由圖1可以看出，在Fenton工藝中加入少量的K2C2O4可以提高對氯酚的去除率。但當(dāng)加入的K2C2O4濃度達(dá)到1mmol/L之后，隨著溶液中K2C2O4濃度的進(jìn)一步增加，對氯酚的去除率反而降低。本試驗(yàn)以取0.2mmol/L為宜。
3.2 H2O2濃度的影響
在草酸鐵/Fenton工藝中固定各組分的濃度分別為：CK2C2O4=0.2mmol/L、CFeSO4=1mmol/L；在UV/Fenton及暗Fenton工藝試驗(yàn)中固定組分的濃度為：CFeSO4=1mmol/L？疾炝薍2O2濃度對對氯酚去除率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。
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由圖2可以看出，在H2O2濃度較低時，隨著H2O2濃度的增加，3種工藝對對氯酚的去除率都增加。當(dāng)H2O2濃度增加到一定值時，對氯酚的去除率達(dá)到最大。此后再增加溶液中H2O2的濃度，對氯酚的去除率則呈略微下降的趨勢。本試驗(yàn)中對于草酸鐵Fenton工藝H2O2的濃度取2mmol/L為宜，對于其它2種工藝H2O2的濃度取4mmol/L為宜。
3.3 FeSO4濃度的影響
在草酸鐵/Fenton工藝試驗(yàn)中，固定各組分的濃度分別為：CK2C2O4=0.2mmol/L，CH2O2=2mmol/L；在UV/Fenton及暗Fenton工藝試驗(yàn)中固定組分的濃度為：CH2O2=4mmol/L？疾炝薋eSO4濃度對對氯酚去除率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。
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由圖3可以看出，隨著FeSO4濃度的增加，對氯酚的去除率隨之提高。當(dāng)溶液中FeSO4的濃度達(dá)到0.1mmol/L時，對氯酚的去除率接近100%。此后，隨著溶液中FeSO4濃度的進(jìn)一步增加，對氯酚的去除率無明顯變化。本試驗(yàn)FeSO4的濃度取0.1mmol/L為宜。
3.4 pH的影響
在草酸鐵/Fenton工藝試驗(yàn)中，固定各組分的濃度分別為：CK2C2O4=0.2mmol/L，CH2O2=2mmol/L，CFeSO4=0.1mmol/L；在UV/Fenton及暗Fenton工藝試驗(yàn)中，固定各組分的濃度分別為：CH2O2=4mmol/L，CFeSO4=0.1mmol/L。進(jìn)行pH對對氯酚去除率影響情況的試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。
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由圖4可以看出，pH對Fenton工藝降解對氯酚具有較大的影響。酸性條件有利于對氯酚的降解，最佳的pH為3～4。同時可以看出，草酸鐵/Fenton降解對氯酚的適宜pH范圍明顯寬于其它2種Fenton工藝，在pH為5～6時仍有較高的去除率。
3.5 反應(yīng)溫度的影響
在草酸鐵/Fenton工藝試驗(yàn)中，固定各組分的濃度分別為：CK2C2O4=0.2mmol/L，CH2O2=1mmol/L，CFeSO4=0.1mmol/L；在UV/Fenton及暗Fenton工藝試驗(yàn)中，固定各組分的濃度分別為：CH2O2=1mmol/L，CFeSO4=0.1mmol/L？疾炝朔磻(yīng)溫度對對氯酚去除率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。
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由圖5可以看出，在試驗(yàn)的反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，隨著反應(yīng)溫度的升高，對氯酚的去除率略有提高，但提高幅度不大。說明反應(yīng)受溫度的影響較小。
3.6 反應(yīng)時間的影響
在草酸鐵/Fenton工藝試驗(yàn)中，固定各組分的濃度分別為：CK2C2O4=0.2mmol/L，CH2O2=1mmol/L，CFeSO4=0.05mmol/L；在UV/Fenton及暗Fenton工藝試驗(yàn)中，固定各組分的濃度分別為：CH2O2=4mmol/L，CFeSO4=0.1mmol/L？疾炝朔磻(yīng)時間對對氯酚去除率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。
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由圖6可以看出，草酸鐵/Fenton工藝降解對氯酚的反應(yīng)速率比其它2種Fenton工藝快。在草酸鐵/Fenton工藝中，反應(yīng)90s時對氯酚的去除率已達(dá)99%以上，而在其它2種工藝中反應(yīng)180s才達(dá)到同樣的去除率。
3.7 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析
目前含量為27.5%的工業(yè)品H2O2價格為2.15元/kg，工業(yè)品K2C2O4價格為3.1元/kg，工業(yè)品FeSO4價格為0.5元/kg。按照試驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到99%去除率時處理1m3對氯酚廢水的費(fèi)用估算見表1。
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由表1可見，處理1m3對氯酚廢水時草酸鐵/Fenton工藝所需費(fèi)用遠(yuǎn)低于UV/Fenton和暗Fenton工藝。同時UV/Fenton和暗Fenton工藝需要在酸性條件下進(jìn)行反應(yīng)，這樣必定會造成對管道和處理構(gòu)筑物的腐蝕。由此可見，在這3種Fenton工藝中，草酸鐵/Fenton工藝是最理想的處理對氯酚的工藝。
4 結(jié)論
4.1 在Fenton工藝中引入K2C2O4可以降低H2O2的用量，并使對氯酚的降解反應(yīng)在更寬的pH范圍內(nèi)進(jìn)行，另外還能加快降解反應(yīng)的速率。
4.2 3種Fenton工藝降解對氯酚的最佳條件：草酸鐵/Fenton工藝為K2C2O4：H2O2：FeSO4=0.2：2：0.1（化學(xué)計量數(shù)），pH為3～6；UV/Fenton和暗Fenton工藝為H2O2：FeSO4=4：0.1（化學(xué)計量數(shù)），pH為2～4。
對于對氯酚的處理而言，草酸鐵/Fenton工藝是較好的處理工藝。
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