高铁酸钾氧化处理水中苯酚的研究

赵胜勇，刘菲

（河南省化工研究所有限责任公司，郑州 450052）

高铁酸钾氧化处理水中苯酚的研究

赵胜勇，刘菲

（河南省化工研究所有限责任公司，郑州 450052）

采用高铁酸钾氧化法处理水中苯酚，提供了一种高效处理水中苯酚的方法。考察了高铁酸钾与苯酚质量比、溶液pH值、反应时间对水中苯酚处理效果的影响。试验结果表明，在苯酚初始质量浓度为100 mg／L、高铁酸钾与苯酚质量比为30、溶液pH值为9、反应时间为30 min的条件下，苯酚去除率最高可达96.7%。

高铁酸钾；氧化；苯酚

苯酚（C6H5OH）属芳香族化合物，有毒并且很难降解，是一种重要的有机化工原料［1］。随着我国焦化、煤气、石化、树脂、化工、塑料、化肥、农药、医药等工业的快速发展，苯酚及酚类化合物已成为水体中主要有机污染物之一，对人体健康构成极大的威胁［2］。酚类物质是中国68种优先控制污染物之一［3］，酚类无论是进入水体还是排入大气都会直接或间接地对动植物、人体产生极大的危害。目前含酚废水的处理方法有化学氧化法、光催化氧化法、生物法、吸附法、电催化氧化法等，其中化学氧化法因操作简单、成本低、效率高等特点而被广泛应用［4－9］。

高铁酸钾是近年来备受关注的新型高效强氧化剂，与其它氧化剂相比，它具有氧化还原电位高、絮凝、助凝、反应产物具有无毒、杀菌、脱臭等优势，可有效去除水中的污染物，消毒过程不会产生二次污染和其它毒副作用［10］。本研究以高铁酸钾为氧化剂对水中的苯酚进行降解试验，考察了反应时间、高铁酸钾与苯酚质量比、溶液pH值对苯酚氧化处理的影响。

1 材料与方法

1.1 试验试剂及仪器

试剂：苯酚、氢氧化钠、硫酸、硫代硫酸钠等试剂均为分析纯。高铁酸钾采用次氯酸盐氧化法制备［11］。

仪器：1200LC高效液相色谱仪、JJ1000型电子天平、DF－101S集热式恒温加热磁力搅拌器。

1.2 试验方法

在250 mL的圆底烧瓶中加入定量的苯酚溶液，采用稀硫酸和氢氧化钠溶液调节溶液pH值后，在磁力搅拌的条件下加入配好的高铁酸钾溶液，到达设定的反应时间后，用过量的硫代硫酸钠溶液终止反应。反应液过滤后，取样采用高效液相色谱进行分析［12］。分别从反应时间、高铁酸钾与苯酚质量比、溶液pH值等方面考察高铁酸钾对苯酚的去除效果。

2 结果与讨论

2.1 高铁酸钾与苯酚质量比对处理效果的影响

在苯酚初始质量浓度为100mg／L、溶液pH值为8、反应时间为60 min的条件下，考察高铁酸钾与苯酚的质量比对苯酚处理效果的影响，结果见图1。

图1 高锰酸钾与苯酚的质量比对处理效果的影响Fig.1 Effect of mass ratio of potassium ferrate to phenol on phenol removal

由图1可知，苯酚去除率随着高铁酸钾与苯酚质量比的增加而提高，当高铁酸钾与苯酚质量比为5时，苯酚去除率仅为37.0%，当高铁酸钾与苯酚的质量比为20时，苯酚去除率达到了86.4%，继续增加至30时，苯酚去除率达到了91.8%，再继续增加时，苯酚去除率上升趋势明显缓慢，高铁酸钾与苯酚的质量比达到50时，苯酚去除率达到92.2%。此后高铁酸钾的投加量继续增加对苯酚去除率的上升无明显影响。因此，高铁酸钾对水中苯酚的去除率大体上是随着高铁酸钾与苯酚的质量比值提高而上升的，但是到达一定的量（高铁酸钾与苯酚的质量比为30）以后，就基本不再变化了，所以本试验中氧化处理苯酚所确定的高铁酸钾与苯酚的质量比为30。

2.2 反应时间对处理效果的影响

在苯酚初始质量浓度为100 mg／L、溶液pH值为8、高铁酸钾与苯酚的质量比为30的条件下，考察反应时间对处理效果的影响，结果见图2。

由图2可知，苯酚去除率随着反应时间的延长而逐渐提高，在反应初期反应速度很快，在反应时间为5 min时苯酚去除率已经达52.1%，反应时间超过5 min之后，反应速度有所减缓，到反应时间为30 min时，苯酚去除率为91.3%，已经达到一个很高的水平。继续延长反应时间达到60 min时，苯酚去除率增加很小，几乎保持不变。这也与预期相似：在反应初期，高铁酸钾浓度很高，反应进行得很快，随着时间的推移，高铁酸钾浓度逐渐降低，反应速度减慢，在反应时间为30 min时，反应已经进行得比较充分，此后苯酚的去除率基本上变化不大，所以本试验中氧化处理苯酚所确定的反应时间为30 min。

图2 反应时间对处理效果的影响Fig.2 Effect of reaction time on phenol removal

2.3 溶液pH值对处理效果的影响

在苯酚初始质量浓度为100 mg／L、反应时间为30 min、高铁酸钾与苯酚的质量比为30的条件下，将苯酚溶液的pH值分别调节为4、5、6、7、8、9、10、11，考察其对苯酚处理效果的影响，结果见图3。

图3 溶液pH值对处理效果的影响Fig.3 Effect of pH value on phenol removal

由图3可见，当pH值为4～6时，苯酚去除率随着苯酚溶液pH值的上升而缓慢升高，当pH值大于6时，苯酚去除率大幅度提高，在pH值为9时苯酚去除率达到最高96.7%，此后继续增加pH值，苯酚去除率逐渐降低。

根据文献［13］可知，高铁酸钾在酸性条件下不稳定，容易发生自身分解，氧化性降低，而在碱性条件下，虽然高铁酸钾稳定性好，但是氧化性较低，在pH值为8～9时，稳定性较好，并且氧化性较高。该结论在本试验中得到了证明：当pH值为4～6时，酸性较强，但高铁酸钾稳定性不好，自身分解速度较快，导致苯酚去除率普遍不高；当pH值为7时高铁酸钾稳定性提高，苯酚去除率有所提高并且一直持续到pH值为9，此后pH值继续增加，高铁酸钾的稳定性增加，但氧化性降低，苯酚去除率开始下降，因此本试验中氧化处理苯酚的最佳pH值为9。

3 结论

高铁酸钾法处理水中苯酚具有处理速度快、反应要求较低、操作简单、不产生二次污染等优点，分别针对影响苯酚去除率的3个关键因素进行考察后得出如下结论：在苯酚初始质量浓度为100 mg／L、高铁酸钾与苯酚质量比为30、溶液pH值为9、反应时间为30 min的条件下，苯酚去除率最高可达96.7%。

［1］罗志勇，郑泽根，张胜涛.高铁酸盐氧化降解水中苯酚的动力学及机理研究［J］.环境工程学报，2009，3（8）：1375－1378.

［2］Braquet C，Subtenat E.Removal of phenolic compounds from aquenous solution by activated carbon cloths［J］.Water Science Tech -nology，1999，39（10－11）：201－205.

［3］杨若明，金军.环境监测［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［4］杨帆，蒋煜峰，吕青松.氧化处理水中典型酚类污染物研究进展［J］.北方环境，2010，22（4）：82－85.

［5］高超，王启山.吸附法处理含酚废水的研究进展［J］.水处理技术，2011，37（1）：1－4.

［6］李书珍，王磊，李林.光催化降解水中苯酚的研究［J］.河南化工，2005，22（1）：14－16.

［7］李成天，朱审林.电催化氧化技术处理苯酚废水［J］.电化学，2005，11（1）：101－103.

［8］陈治希，刘昭文，杨凯.微生物降解酚类污染物的研究进展［J］.广州化学，2015，40（1）：72－78.

［9］王来斐.UV/Fenton处理苯酚废水的研究［J］.工业用水与废水，2012，43（5）：20-22.

［10］姜洪泉，金世洲，王鹏.多功能水处理剂高铁酸钾的制备与应用［J］.工业水处理，2001，21（2）：4－6.

［11］贾长森，刘玉莲.非氯型消毒剂高铁酸钾的合成［J］.精细化工，1997，14（5）：1－3.

［12］姚华群.液相色谱法测定工业废水中的苯酚［J］.兰化科技，1998，16（4）：240－242.

［13］何前国，李景印，段立谦.高铁酸盐的制备、稳定性及应用研究进展［J］.材料导报，2011，25（6）：51－55.

Study on treatment of phenol in water using potassium ferrate

ZHAO Sheng－yong，LIU Fei
（Henan Chemical Industry Research Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450052,China）

Potassium ferrate oxidation process was used to treat phenol in water for the purpose of presenting a high-efficient method for phenol treatment.The influences of mass ratio of potassium ferrate to phenol,solution pH value,and reaction time on phenol treatment effect were investigated.The test results showed that,under the condition that the initial mass concentration of phenol was 100 mg/L,the mass ratio of potassium ferrate to phenol was 30,the solution pH value was 9,the reaction time was 30 min,the maximum removal rate of phenol could reach 96.7%

potassium ferrate; oxidation; phenol

X703.1

A

1009－2455（2016）01－0025－03

赵胜勇（1972－），男，河南南阳人，高级工程师，本科，主要从事水处理技术及污染治理技术方面的研究，（电子信箱）41931906＠qq.com；通讯作者：刘菲（1979－），男，河南上蔡人，工程师，博士，主要从事水处理技术及污染治理技术方面的研究，（电子信箱）liufei00888＠163.com。

2015-12-16（修回稿）