高鐵酸鉀與雙氧水聯(lián)用處理含苯廢水

高鐵酸鉀與雙氧水聯(lián)用處理含苯廢水平成君;梁建奎;金士威;歐陽怡德;肖磊;劉旦【摘要】研究了高鐵酸鉀和H2O2聯(lián)用對模擬含苯廢水的處理效果?？疾炝烁哞F酸鉀和H2O2用量、pH值、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間等因素對苯去除率的影響。結(jié)果表明，在高鐵酸鉀與苯的物質(zhì)的量比為2:1、H2O2與苯的質(zhì)量比為8:1、pH值為3.5、反應(yīng)溫度為40C反應(yīng)時間為30min時，苯去除率可達87.5%以上。通過對苯降解中間產(chǎn)物的紅外光譜分析，推測了苯的降解機理。%Thedegradationofwastewatercontainingbenzenewasstudiedusingpotassiumferrate(K2FeO4)combinedwithH202.TheeffectsofdosageofpotassiumferrateandH2O2,pHvalue,reactiontemperatureandreactiontimeonremovalrateofbenzenewerestudied.Theresultsshowedthattheoptimalreactionconditionswereasfollows:massratioofpotassiumferratetobenzenewas2：1,dosageofH2O2was1.2mL,pHvaluewas3.5,reactiontemperaturewas40°C,reactiontimewas30min.Theremovalrateofbenzenereached87.5%.ThedegradationmechanismwasconcludedbyIRanalysisofthedegradationintermediateofbenzeneaswell.【期刊名稱】《化學與生物工程》【年(卷)，期】2015(000)009【總頁數(shù)】5頁(P50-53,60)【關(guān)鍵詞】含苯廢水;高鐵酸鉀;雙氧水;降解機理【作者】平成君;梁建奎;金士威;歐陽怡德;肖磊;劉旦【作者單位】武漢工程大學化工與制藥學院綠色化工過程教育部重點實驗室，湖北武漢430073;南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，北京100038;武漢工程大學化工與制藥學院綠色化工過程教育部重點實驗室，湖北武漢430073;中南民族大學化學與材料科學學院，湖北武漢430074;武漢工程大學化工與制藥學院綠色化工過程教育部重點實驗室，湖北武漢430073;武漢工程大學化工與制藥學院綠色化工過程教育部重點實驗室，湖北武漢430073;武漢工程大學化工與制藥學院綠色化工過程教育部重點實驗室，湖北武漢430073【正文語種】中文【中圖分類】X703苯在常溫下為無色、有甜味的透明液體，具有一定的揮發(fā)性，是致癌物質(zhì)。苯被廣泛地應(yīng)用在石油、醫(yī)藥、涂料等現(xiàn)代化學工業(yè)中。含苯廢水會嚴重污染環(huán)境，給人體和農(nóng)作物帶來極大的傷害[1-2]。因此，含苯廢水引起了環(huán)境工作者的極大關(guān)注。張禎等研究了Fenton試劑處理苯、氯苯廢水，在pH值為4~6、H202的最佳用量為水樣質(zhì)量的1.5%。~2%。、FeSO4-7H20的用量為水樣質(zhì)量的0.4%、氧化時間30min的條件下，苯、氯苯的去除率均為98.82%。張波等采用粘土吸附的方式處理含苯廢水，烷基胺改性后的粘土對苯的吸附量達到46%。鄒東雷等運用微電解的方法在最優(yōu)的工藝條件下對含苯廢水中苯的去除率也可達到90%左右。高鐵酸鉀是具有氧化、混凝等多種功能的新型水處理劑，具有很好的污水處理效果。高鐵酸鉀與H2O2聯(lián)用處理含苯廢水，可以利用高鐵酸鉀的強氧化性及高鐵酸鉀氧化產(chǎn)生的Fe2+和H2O2形成的Fenton體系所具有的氧化性，使苯得到進一步的降解，對于減少高鐵酸鉀用量、降低高鐵酸鉀降解含苯廢水的成本具有重要的現(xiàn)實意義。苯、高鐵酸鉀、氫氧化鈉、雙氧水(30%H2O2)、37%鹽酸，均為分析純。MSA124S-0CE-DA型分析天平，Sartorius;PHS-25型pH計；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；UV-1600型紫外可見分光光度計；80-2型離心機。1.2.1標準曲線的繪制分別配制濃度為5mg-L-1、4mg-L-1、3mg-L-1、2mg-L-1、1mg-L-1、0.5mg-L-1的苯溶液。在255nm波長下測定苯溶液的吸光度并繪制標準曲線。1.2.2含苯廢水的處理用50mL的移液管移取100mL0.5g-L-1的含苯模擬廢水于錐形瓶中，加入一定體積的雙氧水，用0.1mol-L-1的鹽酸和0.1mol-L-1氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)廢水的pH值，同時加入一定量的高鐵酸鉀，充分攪拌后放入指定溫度的水浴箱中反應(yīng)一定時間，取上層清液10mL加入一定量的9g?L-1的鹽酸羥胺溶液終止反應(yīng)。在255nm波長下測定溶液的吸光度。以相同條件下未加入苯的反應(yīng)體系作為空白，根據(jù)苯的標準曲線即可計算出剩余苯的濃度，計算得到苯去除率。1.2.3反應(yīng)條件對苯去除率的影響研究以苯去除率為考核指標，分別考察高鐵酸鉀、雙氧水用量、pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間對苯去除率的影響。1.2.4苯的降解機理推斷取0.01g-L-1的含苯模擬廢水200mL,控制反應(yīng)條件，在反應(yīng)進行5min后取50mL反應(yīng)水樣，加入1mL的鹽酸羥胺終止反應(yīng)并用一定量的二氯甲烷萃取，測定反應(yīng)中間產(chǎn)物的紅外光譜并與苯的紅外光譜進行對照，據(jù)此推斷苯的降解機理。在pH值為3.0、反應(yīng)溫度35°C、反應(yīng)時間30min的條件下，高鐵酸鉀、雙氧水用量對苯去除率的影響如圖1所示。由圖1可知，在高鐵酸鉀用量一定的條件下，隨著雙氧水用量的增加，苯去除率先升高后下降；雙氧水用量為1.2mL（即H2O2質(zhì)量約為0.4g,H2O2與苯的質(zhì)量比為8:1）時，苯去除率達到最大值。這是由于，高鐵酸鉀的水解產(chǎn)物為Fe3+[6]^H2O2用量偏小時，F(xiàn)e3+和H2O2反應(yīng)，被還原成Fe+[7]，消耗了一部分H2O2，使得Fe2+催化產(chǎn)生的?OH減少，影響了降解效果。反應(yīng)如下：Fe++H2O2—Fe2++HO++HO2-Fe++H2O2—Fe++HO-+HO-HO-+H2O2-H2O+HO2-隨著H2O2用量的增加，F(xiàn)e2+催化產(chǎn)生的?OH逐漸增多，降解效果顯著提高。但若H2O2過量，H2O2反而會消耗?OH,抑制苯的降解效果。在雙氧水用量一定的條件下，隨著高鐵酸鉀用量的增加，苯去除率先升高后降低。原理類似于H2O2過量后苯去除率降低的過程。在相同條件下研究高鐵酸鉀用量對苯去除率的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，當高鐵酸鉀與苯物質(zhì)的量比為2:1時，苯去除率達到60%左右，繼續(xù)增加高鐵酸鉀用量，苯去除率趨于穩(wěn)定。對照圖1、圖2可知，高鐵酸鉀與H2O2聯(lián)用對苯降解的協(xié)同作用明顯。在雙氧水用量1.2mL、高鐵酸鉀用量0.2538g（高鐵酸鉀與苯物質(zhì)的量比為2:1）、反應(yīng)溫度30°C、反應(yīng)時間30min的條件下，pH值對苯去除率的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著pH值的增大，苯去除率逐漸上升，當pH值為3.5時，苯去除率最高可達80.41%;當pH值大于3.5時，苯去除率略有下降。較低的pH值有利于高鐵酸鉀的水解，反應(yīng)如下:[O]+H2O-2HO?2HO—H2O2對于Fenton體系，溶液pH值在2.5~3.5時，?OH有較高的生成速率,能加快對苯的降解。但當pH值較低時，反應(yīng)產(chǎn)物以Fe3+存在，消除了Fe(OH)3對苯的絮凝作用，導(dǎo)致苯去除率降低。隨著pH值的增大，F(xiàn)e(OH)3對苯的絮凝作用逐漸恢復(fù)，因此苯去除率隨之上升。當pH值繼續(xù)增大，阻礙7OH的生成[8],苯去除率隨之下降。因此，選擇最佳pH值為3.5。在雙氧水用量1.2mL、高鐵酸鉀用量0.2538g、pH值為3.5、反應(yīng)時間30min條件下，反應(yīng)溫度對苯去除率的影響如圖4所示。由圖4可知，反應(yīng)溫度為10-40°C時，隨著反應(yīng)溫度的升高苯去除率提高，當反應(yīng)溫度超過40C時，苯去除率急劇下降。這是由于，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，在一定溫度范圍內(nèi)升溫會促進反應(yīng)的進行，苯去除率上升；但溫度過高時會加劇H2O2的分解，導(dǎo)致苯去除率下降。因此，選擇最佳反應(yīng)溫度為40C。在雙氧水用量1.2mL、高鐵酸鉀用量0.2538g、pH值為3.5、反應(yīng)溫度40C條件下，反應(yīng)時間對苯去除率的影響如圖5所示。由圖5可知，隨反應(yīng)時間的延長苯去除率不斷上升，在30min時苯去除率達到最大，為87.5%;超過30min后，苯去除率變化不大。因此，選擇最佳反應(yīng)時間為30min。苯與苯降解反應(yīng)5min的中間產(chǎn)物的紅外光譜見圖6。由圖6a可以看出，3443cm-1處為H2O的-OH伸縮振動，2923cm-1、2853cm-1處分別為苯環(huán)上=CH和C-H的伸縮振動。苯環(huán)上C-H面外彎曲振動在1091cm-1處。由圖6b可以看出，反應(yīng)進行5min后，苯的特征紅外吸收有明顯的減弱，表明苯被迅速地降解。1590cm-1附近、1097cm-1、1042cm-1處分別為中間產(chǎn)物C=C、C=O伸縮振動、仲醇伸縮振動、酚類C-OH彎曲振動。故推測苯的降解機理如圖7所示。高鐵酸鉀與雙氧水聯(lián)用降解含苯廢水的最佳反應(yīng)條件為:高鐵酸鉀與苯物質(zhì)的量比為2:1、雙氧水用量為1.2mL、pH值為3.5、反應(yīng)時間為30min、反應(yīng)溫度為40°C,苯去除率可達87.5%。高鐵酸鉀在酸性條件下有較好的氧化性，且和H2O2的最佳反應(yīng)條件相匹配，兩者的協(xié)同作用明顯，高鐵酸鉀與H2O2聯(lián)用處理含苯廢水，可以減少高鐵酸鉀的用量，降低成本，并提高苯去除率。于方磊.三種水生植物對苯的凈化作用研究[D].太原:山西大學,2012.北京市農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境保護研究室.苯與農(nóng)作物[J].環(huán)境保護，1975，⑷:39-40.張禎，孔瑾.Fenton試劑處理苯、氯苯廢水的實驗研究[J].工程技術(shù)，2007，(34):289-292.張波，霸廣忠，陳云偉，等處理含苯廢水的吸附實驗研究[J].北方環(huán)境，2001，(3):36-38.芻S東雷，李萌，鄒昊辰，等.新型鐵碳微電解填料處理含苯污染地下水的實驗[J].吉林大學學報(地球科學版),2010,40(6):1441-1445.姜洪泉，于秀娟，王鵬，等.高鐵酸鉀預(yù)氧化去除水中苯酚及其機理[J].中國給水排水，2003，19(Z1):47-48.MAYS.ImprovementincarbofurandegradationbydifferentFentonsreagentdosingprocesses[J].ToxicologyandIndustrialHealth,2011,27(10):934-944.RUSHJD,BEILSKIBHJ.Kineticsofferrate(V)decayinaqueoussolution:Apulse-radiolysisstudy[J].InorganicChemistry,1989,28(21):3947-3951.高迎新，張昱，楊敏，等.Fe3+或Fe2+均相催化H202生成羥基自由基的規(guī)律[J].環(huán)境科學，2006,27(2):305-309.ARISTOVANA,IVANOVAIP,TROFIMOVASV,etal.InfluenceofluminolonthechemiluminescenceintensityinFent-on'sreaction[J].HighEnergyChemistry,2011,45(6):505-509.SARMAR,ANGELES-BOZAAM,BRINKLEYDW,etal.Studiesofthedi-iron(VI)intermediateinferrate-dependentoxygenevolutionfromwater[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2012,134(37):15371-15386.HIGHTOWERSM,LORENZBB,BERNARDJG,etal.Oxidationofphosphoruscentersbyferrate(V):Spectralobservationofanintermediate[J].InorganicChemistry,2012,51(12):6626-6632.LEEY,KISSNERR,vonGUNTENU.Reactionofferrate(V)withABTSandself-decayofferrate(V):Kineticsandmechanisms[J].EnvironmentalScience&Technology,2014,48(9):5154-5162.吳啟模，吳建忠，楊兵，等.Fe2+-H2O2氧化法處理農(nóng)藥廢水[J].環(huán)境工程,2005,23(5):88-89.ANQUANDAHGAK,SHARMAVK,KNIGHTDA,etal.Oxidationoftrimethoprimbyferrate(V):Kinetics,products,andantibacterialactivity[J].Env