硅藻土負(fù)載雙金屬類芬頓催化劑降解對氯苯酚的研究

董亞榮，張尊舉，寧忠仁，孫 蕾，張桂芹

(1.河北環(huán)境工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2.新疆阿克蘇危險(xiǎn)廢物管理中心，新疆 843000；3.吉林市永吉縣自來水公司，吉林 132200)

1.引言

氯酚類化合物，作為一種重要工業(yè)原料，被大量使用于造紙、化工、制藥、塑料、農(nóng)藥的生產(chǎn)過程中，其產(chǎn)生的廢水具有毒性高，難降解、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，尋求高效低成本的處理方法顯得尤為重要。近年來，非均相芬頓技術(shù)作為高級氧化技術(shù)的一種被廣泛研究和使用，其中負(fù)載型雙金屬芬頓催化劑的開發(fā)能夠有效地拓寬pH范圍和減少鐵泥的產(chǎn)生，廣泛應(yīng)用于造紙廢液、染料廢水、制革廢水、制藥廢水處理中。

本文采用硅藻土負(fù)載Fe3+/Mn2+非均相催化劑降解對氯苯酚，研究了初始pH值、反應(yīng)溫度、催化劑投加量、H2O2投加量和廢水初始濃度等因素對催化氧化效果的影響。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1 催化劑的制備

將1.0g活化提純后的硅藻土加入25mL濃度分別為0.02mol/L的Fe3+和0.01mol/L的Mn2+混合溶液中，60℃水浴中持續(xù)攪拌4h，過程中逐滴滴加0.20mol/L的NaOH溶液至pH中性，靜置老化后，過濾、洗滌、烘干、高溫焙燒、研磨備用。

2.2 對氯苯酚溶液降解實(shí)驗(yàn)及分析方法

稱取定量的催化劑置于250mL錐形瓶中，再量取200mL一定濃度的對氯苯酚溶液，對不同的溶液濃度、pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑投加量和H2O2投加量條件下，以200r/min磁力攪拌，考察其降解特性。平行測定3次，取平均值。

用AA7000原子吸收光譜儀測定鐵的含量，用TOC-L型分析儀測定溶液中的總有機(jī)碳含量。

3.結(jié)果與討論

3.1 初始pH值影響

在對氯苯酚初始濃度為50.0mg/L，H2O2濃度為10.0mmol/L，催化劑投加量為100g/L的條件下，改變?nèi)芤撼跏紁H值為3.0、5.0、6.5(初始值)、9.0，以降解后TOC值考察其降解效果。

圖1 初始pH值對對氯苯酚降解的影響

由圖1可知，初始pH值在酸性條件下，對氯苯酚的降解率較高，且酸性強(qiáng)弱對其出水TOC值影響不大，這與傳統(tǒng)的均相芬頓反應(yīng)有所不同。同時(shí)，當(dāng)初始pH值分別為5.0、6.5、9.0時(shí)，測定溶液中鐵含量分別為0.089、0.042、0.035mg/L，說明硅藻土負(fù)載Fe3+/Mn2+催化劑具有良好的穩(wěn)定性，減少了鐵泥的產(chǎn)生量。

3.2 催化劑投加量的影響

在對氯苯酚初始濃度為50.0mg/L，H2O2濃度為10.0mmol/L，溶液pH值為5.0的條件下，改變催化劑投加量分別為100g/L、150g/L、200g/L、300g/L的條件下，以降解后TOC值考察其降解效果。

圖2 催化劑投加量對對氯苯酚降解的影響

由圖2可知，隨著催化劑量的增加，與H2O2的接觸面積增加，催化效果逐漸增加，但是當(dāng)催化劑投加量達(dá)到200mg/L時(shí)，對氯苯酚的降解率增加緩慢甚至有所降低，原因在于固體顆粒的增加影響傳質(zhì)，另外過量的雙氧水會(huì)與Fe3+/Mn2+發(fā)生副反應(yīng)消耗.OH。

3.3 H2O2投加量的影響

在對氯苯酚初始濃度為50.0mg/L，催化劑投加量為200mg/L，溶液pH值為5.0的條件下，改變H2O2濃度分別為2.0mmol/L、6.0mmol/L、10.0mmol/L、20.0mmol/L的條件下，以降解后TOC值考察其降解效果。

圖3 H2O2投加量對對氯苯酚降解的影響

由圖3可知，隨著H2O2投加量的增加，對氯苯酚的降解效果明顯增加，因?yàn)镠2O2分解產(chǎn)生大量的.OH是主要的氧化劑，但是當(dāng)H2O2投加量從10.0mmol/L增加到20.0mmol/L時(shí)，對氯苯酚降解率增長緩慢，原因在于過量的H2O2會(huì)消耗.OH使其利用率降低，從而影響降解率。

4.結(jié)論

通過改變初始pH值、催化劑用量和H2O2投加量初始條件，利用硅藻土基負(fù)載Fe3+/Mn2+雙金屬催化劑對對氯苯酚溶液進(jìn)行氧化降解，優(yōu)化反應(yīng)條件為：當(dāng)對氯苯酚初始濃度為50.0mg/L，體積200mL時(shí)，溶液pH值為5.0，催化劑投加量為200mg/L，H2O2投加量為10.0mmol/L條件下，對氯苯酚的降解率均可達(dá)到97%以上，為后續(xù)實(shí)際工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。