摘 要:以丙烯腈(AN) 废水为研究对象,在正交实验基础上深入研究了Fenton 反应体系中pH 值、Fe2 + 浓度、H2O2 浓度、温度、UV 和C2O2 - 4 对降解效果的影响,分析了不同因素作用机理,确定了最佳操作条件:pH = 3、[ Fe2 + ] = 400 mg/ L、 [H2O2 ] = 400 mg/ L、反应温度40 ℃,在此条件下丙烯腈降解率达80 %以上。同时发现在紫外光、C2O2 - 4 对Fenton 试剂的协同作用下,降解率可提高10 %左右。
关键词:Fenton 试剂 丙烯腈 紫外光 草酸铁
丙烯腈作为一种重要的化工原料,广泛应用于制造腈纶纤维、丁腈橡胶、ABS 工业塑料和合成树脂等领域。但是其在生产和使用过程中有大量废水排放,其中丙烯腈浓度达102～104 mg/ L[1 ] ,是环境中重要的有害污染物之一,不仅破坏水体生态系统,还危害人类的健康。
目前,处理高浓度丙烯腈废水最常用的方法有 3 种: (1) 焚烧法, 其缺点是处理成本高且浪费资源[2 ,3 ] ; (2) 湿式氧化法,缺点是设备投资大,反应温度和压力高[3 ] ; (3) 生物法,缺点是处理速度较慢,需要较大处理空间,并且只能应用于较低浓度( < 200 mg/L) 含腈废水的处理[4 ] 。针对上述几种方法存在的问题,高级氧化法(AOP) 应用于丙烯腈废水的研究日益受到重视。
高级氧化法是一种以产生·OH 为主体进行水处理过程的强化化学氧化新技术,主要包括O3/ UV、 O3/ H2O2 、UV/ H2O2 、H2O2/ Fe2 + ( Fenton 试剂) 等。 Fenton 氧化法作为其中的一种,由于费用低廉、操作简便而受到人们的重视。本文作者在实验室条件下,采用Fenton 试剂对丙烯腈废水进行预处理,重点研究了体系pH 值、Fe2 + 浓度、H2O2 浓度、温度、紫外光和C2O2 - 4 对氧化降解效果的影响,探索了反应的最佳条件。
1 实验部分
1. 1 仪器和试剂
气相色谱仪(Varian3400) ; PHS229A 型酸度计; YXS 型数显恒温水浴锅;紫外灯(20 W) 。
丙烯腈(一级,北京化工厂) ;过氧化氢(分析纯, 上海桃浦化工厂) ;硫酸亚铁(分析纯,沈阳试剂一厂) ;草酸钾(分析纯,沈阳试剂五厂) 。
1. 2 实验方法
取丙烯腈配制成浓度为300 mg/ L 的模拟废水, 用硫酸或氢氧化钠调节pH 值,加入一定量Fe2 + 和 H2O2 ,置于恒温水浴锅中反应一定时间,采用气相色谱法测定废水中丙烯腈浓度[5 ] 。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。
2 结果与讨论
2. 1 反应条件的正交实验
采用正交实验法来选择最佳工艺条件。综合考虑Fenton 反应中各影响因素, 按正交实验设计 L9 (34)表[6 ] ,以Fe2 + 浓度、H2O2 浓度、溶液初始pH 值为变量的正交实验,考察Fenton 试剂对丙烯腈的降解效果,结果列于表1。
| 表1 实验结果 |
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由表1 可见,正交实验的平均极差顺序R3 > R1 > R2 ,表明所选定的影响因素中pH 值是主要控制因素,其次是Fe2 + 浓度,最后是H2O2 浓度。由此确定初步实验操作条件中:溶液初始pH = 3 , [ Fe2 + ] = 300 mg/ L ,[ H2O2 ] = 400 mg/ L 。
2. 2 pH值对反应的影响