铁粉和过氧化氢联合降解对氨基苯酚的研究

李 山，韩俊峰

(长安大学环境科学与工程学院，陕西 西安 710054)

对氨基苯酚(PAP)属两性有机化合物，既有弱酸性、又有弱碱性；化学性质较活泼，既能进行芳氨基和羟氨基的各种反应，也能进行苯环上的取代反应，是一种重要的有机中间体，广泛用于医药、染料、橡胶助剂、感光材料、染发剂、乙烯基单体聚合抑制剂等精细化学品的合成。对氨基苯酚具有明显的刺激和致敏作用，可致基因突变，具有致癌性，很难自然降解，在环境中会长期存留，对生态环境及人类健康危害极大，属于有毒难降解有机污染物。

目前处理对氨基苯酚废水的方法有吸附法[1，2]、萃取法[3，4]、氧化法[5～7]等。其中，高级氧化技术是用固体含铁催化剂代替亚铁盐来分解过氧化氢(H2O2)形成一个非均相的类Fenton反应体系，利用产生的强氧化性的羟基自由基来破坏有机污染物分子的环状结构，以达到降解的目的，为后续生化法的处理创造条件[8～11]，已成为处理难降解有机污染物的研究热点。

作者在此采用铁粉和H2O2联合去除废水中的对氨基苯酚，对PAP去除效果的影响因素进行研究，以获得最佳去除条件，为铁粉和H2O2联合降解废水中对氨基苯酚的实际应用奠定了基础。

1 实验

1.1 试剂与仪器

对氨基苯酚，化学纯；H2O2(质量分数30%)、铁粉、盐酸、氢氧化钠，分析纯。

78HW-1型恒温磁力搅拌器，杭州仪表电机有限公司；320型pH计，梅特勒-托利多仪器上海有限公司；752型紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司。

1.2 模拟废水对氨基苯酚溶液的配制

准确称取2.0000 g对氨基苯酚，加入50 mL质量分数为2%的HCl溶液将其溶解后移入2000 mL的容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，即得质量浓度为1 g·L-1的模拟废水对氨基苯酚溶液。

1.3 铁粉的预处理[12]

将铁粉先在质量分数为5%的NaOH溶液中浸泡1 h，用蒸馏水洗涤至中性；然后在质量分数为1%的HCl溶液中浸泡0.5 h，用蒸馏水洗涤至中性；置于干燥箱中，50℃烘干备用。

1.4 联合降解方法

取200 mL质量浓度为1 g·L-1的模拟废水对氨基苯酚溶液于烧杯中，用NaOH或H2SO4调节溶液的pH值，分别加入适量的铁粉和H2O2，在恒温磁力搅拌器上搅拌反应一定时间，过滤，取滤液用紫外可见分光光度计测定对氨基苯酚的残余含量，计算去除率。

1.5 分析方法

pH值用320型pH计测定；对氨基苯酚的含量用紫外光度法测定，检测波长为273.0 nm[13]。

2 结果与讨论

2.1 降解定性分析

用紫外光度法测定对氨基苯酚溶液在处理前后的紫外光谱，结果见图1。

图1 对氨基苯酚溶液的紫外吸收光谱

由图1可见，对氨基苯酚溶液在处理前分别在221.0 nm和273.0 nm处有特征吸收峰，其中273.0 nm是苯环的特征吸收峰；在铁粉和H2O2的联合作用下，处理后的对氨基苯酚溶液在221.0 nm和273.0 nm处的吸光度明显下降，尤其是273.0 nm处的吸收峰消失，说明苯环结构已被破坏，部分对氨基苯酚已降解，证实了降解反应的发生。

2.2 初始pH值对去除效果的影响

分别加入1.7 g铁粉和2.0 mL H2O2，控制反应时间为120 min，考察初始pH值(考虑到初始pH值过小会使铁粉损失较大，选择pH值>4.0进行实验)对去除效果的影响，结果见图2。

图2 初始pH值对去除率的影响

由图2可见，对氨基苯酚的去除率受初始pH值的影响很大。随着初始pH值的增大，去除率逐渐上升，初始pH值为6.5～8.5时，去除率较高，初始pH值为7.0时的去除率最高，说明该法对pH值的要求范围较宽，适于实际应用；初始pH值高于8.5时，由于碱性条件下H2O2的氧化性减弱，Fe2+的含量减少，Fenton反应作用减弱，导致去除率急剧下降。因此，初始pH值以7.0为宜。

2.3 铁粉加入量对去除效果的影响

固定对氨基苯酚溶液的初始pH值为7.0、H2O2加入量为2.0 mL、反应时间为120 min，考察铁粉加入量对去除效果的影响，结果见图3。

图3 铁粉加入量对去除率的影响

由图3可见，铁粉加入量对去除率的影响很大。当铁粉加入量由0.5 g增加到1.5 g时，由于铁粉的吸附能力和分解H2O2的能力增强，去除率急剧上升；当铁粉加入量为1.7～2.1 g时，去除率达到最高并趋于稳定。考虑成本因素，铁粉加入量以1.7 g为宜。

2.4 H2O2加入量对去除效果的影响

固定对氨基苯酚溶液的初始pH值为7.0、铁粉加入量为1.7 g、反应时间为120 min，考察H2O2加入量对去除效果的影响，结果见图4。

图4 H2O2加入量对去除率的影响

由图4可见，H2O2加入量对去除率的影响不大。当H2O2加入量为0.5 mL时就有较高的去除率；当H2O2加入量为1.0～2.0 mL时，去除率达到最高；当H2O2加入量大于2.0 mL时，由于过量的H2O2与产生的·OH发生反应，使·OH的量减少，导致去除率下降。实验发现，H2O2的加入量范围宽且用量较少，可降低成本。因此，H2O2加入量以2.0 mL为宜。

2.5 反应时间对去除效果的影响

固定对氨基苯酚溶液的初始pH值为7.0、铁粉加入量为1.7 g、H2O2加入量为2.0 mL，考察反应时间对去除效果的影响，结果见图5。

图5 反应时间对去除率的影响

由图5可见，在降解初期(20～40 min)，反应时间对去除率的影响很大，随反应时间的延长，去除率急剧上升，说明铁粉和H2O2联合降解的反应速度较快；随着反应时间的延长(>40 min)，去除率升幅平缓；反应时间为80～120 min时，去除率达到最高并趋于稳定。考虑成本因素，反应时间以80 min为宜。

3 结论

采用铁粉和H2O2联合降解去除废水中对氨基苯酚，在初始pH值为7.0、H2O2加入量为2.0 mL、铁粉加入量为1.7 g、反应时间为80 min时，PAP去除率可达93.6%，有利于废水后续的生化处理。该法pH值适用范围较宽，反应条件温和，试剂对环境的危害小，去除效果较好，有实际应用前景。

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