Fenton氧化法处理苯酚废水的研究

王莹莹，赵业军

(武汉东湖学院 生命科学与化学学院，湖北 武汉 430212)

苯酚是一种重要的化工原料，可用于生产或制造炸药、涂料、除涂剂、橡胶、木材防腐剂、纺织物、药品、酚醛塑料和其他塑料，以及聚合物的中间体等，用途非常广泛[1]。它也是是世界上公认的一种高致癌物质，是我国优先控制的污染物之一，同时也是美国环保局列出的129种优先控制的污染物之一[2]。近年来，随着高级氧化技术的发展，Fenton 试剂在处理含酚废水中的应用成为研究热点[3]。Fenton试剂就是又称芬顿试剂[4]，是由H2O2溶液和Fe2+的溶液混合而成的，试剂具有强氧化性，因为在Fe2+作为催化剂，使H2O2分解出的OH·具有很强的氧化性。Fenton氧化法与其他方法处理废水技术相比较，具有反应条件温和、操作过程简单方便、反应时间短等优点，而引起众多研究人员的关注，因此研究具有广泛应用的苯酚废水的Fenton处理方法是具有积极意义的。

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

紫外可见分光光度计(上海仪器有限公司)，苯酚，过氧化氢，硫酸亚铁，硫酸，氢氧化钠都是分析纯。

1.2 模拟废水的配制

首先配制苯酚浓度为1 g/L储备液，然后移取100mL浓度为1g/L的苯酚储备液，用去离子水定容到1L容量瓶，摇匀，即得100mg/L含苯酚的模拟含酚废水。

1.3 苯酚的测定

苯酚的测定使用紫外可见分光光度计，测定波长269.0nm的吸光度。

1.4 实验方法

室温下，取100mg/L的苯酚模拟废水于锥形瓶中，调至所需pH值，加入一定量的FeSO4和H2O2溶液，搅拌反应一定时间后，将溶液pH 值至中性，测量其吸光度，计算出溶液中剩余苯酚的浓度。研究不同H2O2浓度、FeSO4浓度、pH值、反应时间、干扰离子等因素对苯酚的去除率的影响。

苯酚的去除率计算方法见公式1。

(1)

式中， C0起始溶液中苯酚浓度，mg/L；Ct吸附后溶液中苯酚浓度mg/L。

2 结果与讨论

2.1 H2O2浓度对苯酚去除率的影响

室温下，苯酚初始浓度为 100 mg/L，溶液 pH 值为4、FeSO4浓度为1mmol/L、反应时间为30 min 的条件下，考察H2O2浓度对苯酚处理效果的影响，结果见图 1。

从图1可以看出，随着H2O2浓度增加苯酚的去除率先增大，而后出现略微的下降。这是因为在H2O2的浓度较低时，随着H2O2的浓度增加反应生成的OH·量增加；当H2O2的浓度过高时，过量的H2O2与最初生成的OH·作用，这样既消耗了H2O2又抑制了OH·的产生，所以反应受到影响，导致苯酚去除率略有下降，所以最佳的H2O2浓度为10mmol/L。

图1 H2O2浓度对苯酚去除率的影响

2.2 FeSO4浓度对反应的影响

室温下，苯酚初始浓度为 100 mg/L，溶液 pH 值为 4、H2O2浓度为10mmol/L、反应时间为30 min 的条件下，考察FeSO4浓度对苯酚处理效果的影响，结果见图2。

图2 FeSO4浓度对苯酚去除率的影响

从图2可以看出，当Fe2+的浓度小于0.80mmol/L时，随着Fe2+浓度的增加苯酚去除率增大，原因是Fe2+作为催化剂，开始可以加快反应的进行，催化H2O2生成OH·的速度很快；而当Fe2+的浓度高于于0.80mmol/L时，随着Fe2+的浓度增加苯酚去除率不再增加反而有减小的趋势，当Fe2+过量时，它还原H2O2的同时还自身氧化为Fe3+，消耗药剂的同时增加出水色度，影响反应的进行，所以最佳的FeSO4浓度为0.80mmol/L。

2.3 pH值对反应的影响

室温下，苯酚初始浓度为 100 mg/L，H2O2浓度为10mmol/L，FeSO4浓度0.8mmol/L，反应时间为30 min 的条件下，考察pH值对苯酚处理效果的影响，结果见图3。

图3 不同pH值溶液苯酚去除率效果比较

从图3可以看出，pH值过高或过低都会影响苯酚的去除率。pH值 太低会抑制Fe3+很难被还原为Fe2+, 所以此时去除率较低。pH值 升高将抑制H2O2的分解使·OH的产生数量减少，使去除率下降。所以最佳的pH值为4。

2.4 反应时间对反应的影响

室温下，苯酚初始浓度为 100 mg/L，H2O2浓度为10mmol/L，FeSO4浓度0.8mmol/L，pH值为4的条件下，考察反应时间对苯酚处理效果的影响，结果见图4。

由图4可知， Fenton 试剂去除酚类物质的速率非常快，30min就可以达到98%以上，30min以后增加不是很大，所以Fenton 试剂处理苯酚所需时间短，这便于在实际生产中应用。

图4 不同反应时间苯酚去除率效果比较

2.5 干扰离子竞争实验

实际工业含酚废水中常含有一定浓度的氯离子和硫酸根离子,为考察两种无机离子对Fenton试剂氧化苯酚的影响,实验在苯酚水样中加入不同剂量的500mg/L氯离子和500mg/L 硫酸根离子,通过分析苯酚去除率的变化来考察其影响,实验结果如图5所示。

图5 干扰离子对苯酚去除率的影响

由图5看出，氯离子和硫酸根离子的存在对Fenton试剂的氧化能力影响不大，所以去除率没有明显变化。

3 结论

室温下利用Fenton试剂对100 mg/L的苯酚废水进行处理最佳的工艺条件为H2O2浓度为10mmol/L，FeSO4浓度0.8mmol/L，pH值为4，反应时间为30min，去除率可达98%，干扰离子500mg/L氯离子和500mg/L 硫酸根离子对其影响不大，此法实际利用价值很高，此研究可为实际应用提供了理论依据。

[1] Jadhav D N,Vangara A K. Removal of phenol from waste water using sawdust,polymerized sawdust and carbon sawdust.Indian Journal of Chemical Technologie,2004,11:35-41.

[2] Uddin M T,Islam M S and Abedin M Z.Adsorption of phenol from aqueous solution by water hyacinth ash.ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences,2007,2(2):11-17.

[3] Babuponnusami A,Muthukumar K.Advanced oxidation of phenol:A comparison between Fenton,electro-Fenton, sono-electro-Fenton and photo-electro-Fenton processes[J].Chem Eng J,2012,183:1-9.

[4] Masten S J,et al.There are more than 40 municipal Wastewater treatment plants in the united states that have ozonization facilities[J].Environ Sci Technol,1994,28(2):181A-185A.