Fenton试剂降解水中酚类物质的研究

重　庆　环　境　科　学

2003年10月

Fenton试剂降解水中酚类物质的研究

程丽华1,3,黄君礼2,高会旺1

(1.中国海洋大学环境科学与工程学院,青岛266003;2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090;

3.青岛建筑工程学院环境工程系,青岛266033)

　　摘　要:采用Fenton试剂对苯酚、对氯酚、2,4-二氯酚、2,6-二氯酚、间甲酚、对硝基酚和邻硝基酚模拟水样进行处理,并考察了H2O2及FeSO4浓度、反应温度和反应时间对Fenton试剂降解酚类物质的影响,得出Fenton试剂降pH、解酚类物质非常有效,当H2O2浓度为4mmol󰃗L、FeSO4浓度为0.5mmol󰃗L,在pH为3,室温条件下反应40min则Fen2

ton试剂对试验所做7种浓度为50mmol󰃗L的酚类物质的去除率均在98%以上。为该工艺处理实际含酚废水提供了科

学依据。

　　关键词:酚;Fenton;化学氧化;H2O2;FeSO4;pH;去除率

　　中图分类号:X703.1　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-2141(2003)10-0018-03

　　含酚废水是一种来源广、水量大、危害严重的工业废水。产生含酚废水的工业企业很多,如焦化厂、煤气厂、炼油厂等。酚类化合物是一种原型质毒物,对一切生活个体都有毒杀作用。酚能使蛋白质凝固,使细胞失去活力,尤其对神经系统有较大的亲和力。高浓度的酚能引起急性中毒,甚至死亡;低浓度的酚能引起累积性慢性中毒。长期饮用被酚污染的水,会引起头晕、贫血、失眠等病症。含酚废水对给水水源、水生生物的影响颇为严重。因此防治含酚废水的污染引起了各国的普遍重视。本文采用Fenton试剂对7种酚类物质进行处理,并考察了各种工艺条件对酚类物质去除率的影响情况,以初步确定Fenton试剂对酚类物质的处理效果,为该工艺处理酚类物质提出科学依据。

2.1　H2O2浓度对酚类物质去除率的影响

　　由图1可以看出,在H2O2浓度较低时,随着溶液中H2O2浓度的增加酚的去除率迅速增高,在H2O2的浓度达到4mmol󰃗L时,各种酚的去除率均可达95%以上;此后随着H2O2浓度的进一步增高酚的去除率增长缓慢,有的甚至出现下降的趋势。这可能是因为,当H2O2浓度较低时,随着H2O2浓度的增加羟基自由基的产生数量增加,因而去除率增高;而当H2O2浓度过高时,H2O2可以同最初产生的羟基自由基作用,从而使溶液中羟基自由基的数量减少,随H2O2浓度的增加,这种清除作用越来越明显,所以酚的去除率又呈下降的趋势。

1　研究方法

1.1　试剂和仪器

1.1.1　H2O2(30%),FeSO4・7H2OA.R.级1.1.2　721分光光度计:上海第三分析仪器厂1.1.3　751分光光度计:上海分析仪器厂1.1.4　25型酸度计:上海电冰箱厂1.2　分析方法

1.2.1　硝基酚的测定:反萃取紫外光度法1.2.2　挥发酚的测定:42氨基安替比林分光光度法

试验条件:[FeSO4]=1mmol󰃗L,pH=3,T=25℃,t=40min.

图1　H2O2浓度对酚类物质去除率的影响

2　结果及讨论

收稿日期:2003-03-21

作者简介:程丽华(1973-),女,工学博士,目前在中国海洋大学做博士后研究工作,主要从事水污染防治技术及工艺研究。基金项目:黑龙江省自然科学基金资助项目(E01-06)。

2.2　FeSO4浓度对酚类物质去除率的影响

　　FeSO4浓度对酚类物质去除率的影响见图2。由图2可知,在FeSO4的浓度较低时,随着FeSO4浓度的增高,酚的去除率迅速增加,当FeSO4的浓度达到0.5mmol󰃗L时,7种酚的去除率都已达97%以上;

10期　程丽华等:Fenton试剂降解水中酚类物质的研究

19

・OH的产生数量减少,同时当pH值较高时Fe2+容易形成Fe(OH)3沉淀,使溶液中Fe2+的浓度降低,从而不利于公式(1)向右进行,所以此时去除率较低;另外,

3+

pH太低又会抑制公式(2)的反应,使Fe很难被还原

为Fe2+,因而使(1)中Fe2+的供给不足,也不利于羟基自由基的产生,使去除率下降。同时还可以看出,Fen2～4之间。ton降解酚类物质的最佳pH值在32.4　反应温度对酚类物质去除率的影响　　试验中FeSO4与H2O2的投量分别为:2,4-二氯

试验条件:[H2O2]=4mmol󰃗L,pH=3,T=25℃,t=40min.

图2　FeSO4浓度对酚类物质去除率的影响

酚、2,6-二氯酚和对氯酚为0.5mmol󰃗L󰃗lmmol󰃗L,

对硝基酚和邻硝基酚为0.2mmol󰃗2mmol󰃗L󰃗L,间甲酚和苯酚为0.2mmol󰃗L󰃗lmmol󰃗L考察了反应温度对Fenton试剂降解酚类物质的影响情况,试验结果见图4。由图4可以看出,在试验所作反应温度范围内酚类物质降解率的变化不大。这说明了反应受扩散作用所控制。

此后随着FeSO4浓度的进一步增加酚的去除率则呈下降的趋势。这可能是由于在较高催化剂浓度下,在反应开始时,从H2O2中非常迅速地产生大量的活性羟基自由基。羟基自由基同酚类物质的反应不那么快,使未消耗的游离羟基积聚,这些羟基自由基彼此相互反应生成水:2・OH+2・OH→2H2O+O2,致使一部分最初产生的羟基消耗掉,从而使酚的去除率下降。2.3　pH对酚类物质去除率的影响

　　考察了pH对酚类物质去除率的影响,试验结果见图3。

图4　反应温度对酚类物质去除率的影响

2.5　反应时间对酚类物质去除率的影响

　　在上述试验所得最佳条件下考察了反应时间对Fenton试剂去除酚类物质的影响情况,试验结果见图5。由图5可以看出,Fenton试剂去除酚类物质的速率

试验条件:[H2O2]=4mmol󰃗L,[FeSO4]=0.5mmol󰃗L,

T=25℃,t=40min.

非常快,试验所做的7种酚类物质在反应20min时去除率均达90%以上。同时我们可以看出,氯酚类物质的去除速率最快,其次是苯酚和间甲酚,硝基酚的去除速率最慢。但当反应进行40min时,去除率也可达

98%以上。因此,用Fenton试剂去除酚类物质所需停留时间较短,这便于Fenton试剂在生产中的应用。

(1)(2)

图3　pH对酚类物质去除率的影响

　　由图3可以看出,pH对酚去除率的影响较大;pH较高或较低时都不利于酚的去除。这是因为,羟基自由基的产生机理为:

2+3+-Fe+H2O2→Fe+OH+・OH3+2++

Fe+H2O2→Fe+H+・HO2

3　结论

3.1　H2O2和FeSO4浓度、pH值对Fenton试剂去除

由公式(1)可知,pH升高将抑制H2O2的分解,使

　20

重　庆　环　境　科　学　　25卷

mmol󰃗L时,在pH为3,室温条件下反应40min,Fen2ton试剂对试验所做7种酚类物质的降解率均在98%

以上。

　　综上所述,Fenton试剂对模拟水样中酚类物质的去除非常有效,这为Fenton试剂在实际废水处理中的应用提供了理论依据。随着人们对环境问题的日益重视,Fenton试剂的应用必将越来越广泛。

4　参考文献1　KimS.M.andVogelpohlA.Degradationoforganicpollutantsby

试验条件:[H2O2]=4mmol󰃗L,[FeSO4]=0.5mmol󰃗L,pH=3,T=25℃

thePhoto2Fentonprocess.Chem.Eng.Techno1.,1998,21(2):187

图5　反应时间对酚类物质去除率的影响～191.2　郁志勇,王文华.Fe2+和Fe3+在42氯酚光化学反应中性质的相似

酚类物质均具有很大的影响,反应温度对酚类物质的去除率影响不大。

3.2　Fenton试剂去除酚类物质的反应非常快,除对硝基酚和邻硝基酚所需时间稍长之外,其它几种酚类物质均可以在20min之内达到95%以上的去除率。这有利于其在实际生产中的应用。3.3　当H2O2浓度为4mmol󰃗L、FeSO4浓度为0.5333(上接第9页)

性.环境科学,1998,19(4):76～78.

3　黄骐骐,徐寿昌.紫外光及亚铁离子催化过氧化氢处理废水难分解

有机物的研究.华东化工学院学报,1987,13(1):1～10.

4　夏国寿.过氧化氢水溶液在紫外光亚铁离子作用下处理难降解有机

废水的研究.中国环境科学,1988,8(3):62～66.

5　HuangCP.Dong.C.D,etal.AdvancedChemicalOxidationitsPre2

sentRoleandPotentialFutureinHazardousWasteTreatment.

～377.WasteManagement,1993,13:361

333333333333333

把流域中各项参数(如土地利用分类、植被分布等)分解到每个像元,可以很方便的应用于非点源模型计算。除此之外,遥感图像具有覆盖面广、周期快、信息量丰富等特点。遥感技术的迅速发展,使用户能够获得不同时相、空间分辨率和光谱分辨率的数据,满足不同时间和空间尺度的模型要求。

　　GIS功能强大,在不同类型的空间数据综合分析、空间数据的插值中发挥着重要作用,并大大提高了计算效率。在非点源研究中,由于研究区域往往具有高度的空间异质性,充分考虑数据的空间差异必将耗费大量的时间与资源,GIS的出现为研究者提供了有力的数据管理与分析工具。

　　遥感和GIS的应用也引起了一些问题,如遥感识别的误差、经济水GIS的插值误差等。就目前的技术、

平来说,将误差控制在可接受的范围之内是一个相对可行的方案。而现阶段对这方面的研究仍然较少。建议在今后的研究工作中加强研究空间数据对非点源模型模拟结果的误差传递,如遥感误分类、DEM数据误差对模型模拟精度的影响。加强这方面的研究,并进一步寻找影响模型精度的瓶颈,对空间数据的收集和使用具有积极的指导意义。

5　参考文献

1　夏青.计算流域非点源污染负荷的流域模型.中国环境科学,1985,

(4):23～30.

2　Mattikalli,N.M.,Devereux,B.J.,Richards,K.S.Predictionofriv2erdischargeandsurfacewaterqualityusinganintegratedgeograph2icalinformationsystemapproach.InternationalJournalofRemote

～701.Sensing,17(4):683

3　AndrusMeiner.IntegrationofGISandadynamicspatiallydistribut2.edmodelfornon2pointsourcepollutionmanagement.Wat.Sci

～218.Tech.,1996,33(425):211

4　U.SundayTim.CouplingvadosezonemodelswithGIS:emerging

.,1996,(25):535～trendsandpotentialbottleneck.J.Environ.Qual4.

5　杨爱玲,朱颜明.地表水环境非点源污染研究.环境科学进展,1998,

(5):60～67.

6　王长耀,牛铮,唐华俊.对地观测技术与精细农业.北京:北京科学出

版社,2001:82～100.

7　Huete,AR.Asoiladjustedvegetationindex(SAVI).RemoteSens.

～309.Environ.,1988,25(2):295

8　曾志远,潘贤章,杨艳生.江西省潋水河流域自然过程的计算机模拟

研究:模型和方法及模拟输入研究.北京:中国地理学会成立九十周年大会.

　　Vol.25,No.10

ChongqingEnvironmentalSciences

Abstracts

91

andHydroxybenzenewerestudiedinthispaperindividually.Onbasisofthestudies,additiveindexmethodwasusedtoe2.Resultsshowthatthemediamvaluatethejointtoxiceffects

lethalconcentrationofCdtoMoinaMarrocopain24hoursis0.042mg󰃗LandthemediamlethalconcentrationofHydroxy2benzenetoMoinaMarrocopain24hoursis0.044mg󰃗L.ThejointtoxicitycausedantagonisticactionwhenCdandHydroxy2benzeneexisttogether.

Keywords:cadmium;hydroxybenzene;jointtoxicity;antag2onisticaction;MoinaMarrocopa

thewaterquality’sinfluenceonthewatervalueareanalyzed,accordingtotheideaoftheenvironmentaleconomicssystemanalysis,theentirecostmodeloftheaquicultureisalsoerect2ed,whichiscomposedoffivemodulesandcharacterizedby.markedintegrationanddynamic

Keywords:aquiculture;theentirecost;theentirecostmodel

StudyonTreatmentof

PhenolicCompoundsbyFenton’sReagent

ChengLihua

1,3

1

,HuangJunli2,GaoHuiwang

AcuteToxicitiesofOrganicAcidsandBasestoPhotobacteriumPhosphoreumatDifferentpHYuRuilian,HuGongren

(DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,

HuaQiaoUniversity,Quanzhou362011)

Abstract:Theacutetoxicities(theconcentrationvaluescausinga50%inhibitionofbioluminescenceafter15minutes,abbreviated15min2EC50)of33organicacidsandbasestophoto2bacteriumphoshoreumweremeasuredatdifferentpH(5.0,7.0,

(1.EnvironmentalScienceandEngineeringCollege,OceanUniversityofChina,Qingdao266003;2.SchoolofMunicipal&EnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090;3.SchoolofEnvironmentalEngineering,QingdaoInstitute

ofArchitectureandEngineering,Qingdao266033)Abstract:Phenol,p2chlorophenol,2,42dichlorophenol,2,62dichlorophenol,m2cresol,p2nitrophenolando2nitrophenolweretreatedbyFenton’sreagent.Theinfluenceofconcentra2tionofH2O2andFeSO4,pH,temperatureandtimeondecompo2sitionof7kindsofphenolwerestudied.Whentheconcentra2tionofphenolwere50mmol󰃗L,ifthereactionisunderthecon2ditionof:concentrationofH2O2,8mmol󰃗L;theconcentrationofFeSO4,0.5mmol󰃗L;pH3andreactiontime,40min;thedecom2positionofphenolscouldreachabove98%.

Keywords:phenol;Fenton;chemicaloxidation;H2O2;FeS2O4;pH;removalrate

9.0).Theresultsshowedthatthetoxicitiesofanilinesin2creasedwithpHwhereasthetoxicitesofphenolsandbenzoicacidsdecreasedwithpH.Thisphenomenonisrelatedtothe.Thenonionizedionizationdegreeoforganicacidsandbases

formofchemicalplaysanimportantroleinitstoxicity.AtthesamepH,thetoxicitesoforganicacidsandbasesvarywiththe.Thetoxickind,thenumberandthepositionofsubstituents

mechanismsoforganicacidsandbaseswerepreliminarilydis2cussed.

Keywords:organicacidsandbases;pH;Photobacteriumphosphoreum;15min2EC50;toxicmechanism

ProblemsoftheApplicationofGIS

inGeo-environmentStudy

WangTianyang1,LiFengquan2

(1.CollegeofEnvironmentandResources,JilinUniversity,Changchun130026;2.ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004)Abstract:GISisbecmingacommontoolinthegeo2envi2ronmentalstudy,whichisusedtodisplayandstoredataforgeo2environment.Butsomeproblemshavenotbeensloved.Thepaperdiscussesthreemainproblemsneedingtobesolved,thatisspatialdataintegration,spatialanalysisandmethodin2tegrationspatialdataintegrationisthebase,spatialanalysisisthebridgebetweenmethodandintegration,methodcouldsim2ulatetherunofthegeo2environmentsystem.Ifthoseproblemsweresolved,itwoulddogoodtouseGISingeo2environmentstudy.

TheEntireCostModeloftheAquiculture

YangJing1,ShuTingfei1,WenYanmao1,WengShichuang2

(1.TheEnvironmentalDepartmentofZhongshan

University,Guangzhou510275;2.PearlRiverWaterResourcesProtection

Bureau,Guangzhou510611)

Abstract:Themeritsanddemeritsofthetwocommoncost2benefitmethodsareanalyzed,andbasedontheanalyses,theconceptoftheentircostofaquicultureispromoted,whichincorporatestheaquiculturepollutioncharacterandthewaterpurgativeability.Atthesametime,boththetimecumulativeeffectofthewaterpurgativeabilityandtheevaluationmodelof