邻氯苯酚(o-ClC6H5OH)属芳香化合物,有毒易燃,可产生一氧化碳、氯化氢等有害气体,并且很难降解,用于医药、农药和染料及其它有机合成原料。氯代烃及其衍生物都有毒性并且难以自然降解。目前邻氯苯酚废水的处理方法有化学氧化法、电催化氧化法、光催化氧化法、超声波-光催化氧化法、生物法等,化学氧化法由于具有易操作、氧化效率较高、处理成本较低等特点,应用较为广泛。
高铁酸盐都具有极强的氧化性,在水体净化中同时发挥氧化、吸附、絮凝的协同作用,并不产生任何有毒、有害的物质,是近年来备受关注的新型高效强氧化剂。高铁酸钾氧化邻氯苯酚先生成邻苯醌,然后继续氧化生成小分子羧酸,继而生成二氧化碳和水。本研究以高铁酸钾为氧化剂对制药废水的邻氯苯酚进行降解试验,分别考察了高铁酸钾与邻氯苯酚质量比、氧化反应时间、溶液pH值对邻氯苯酚氧化处理的影响。
1、材料与方法
1.1 试验试剂及仪器
硫代硫酸钠(分析纯)、硫酸(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、邻氯苯酚溶液(质量浓度为25.0mg/L)、高铁酸钾(采用次氯酸盐氧化法制备,纯度为98.0%)。
GCMS-QP2010Ultra气相色谱-质谱联用仪、DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器、JJ1000型电子天平。
1.2 试验方法
室温25℃,在100mL的三口圆底烧瓶中加入50mL的邻氯苯酚溶液,打开磁力搅拌器,使用粉末状氢氧化钠固体或稀硫酸溶液调节溶液pH值后,加入粉末状高铁酸钾固体,到达预设的时间后,用过量的硫代硫酸钠饱和溶液终止反应。取少量反应液,离心处理,取上层液体使用气相色谱进行分析。考察高铁酸钾与邻氯苯酚质量比、反应时间、溶液pH值等因素对邻氯苯酚去除效果的影响。
1.3 分析方法
经过离心处理的上层液体直接进行气相进样,使用氢火焰离子化检测器进行检测,使用SE-54毛细管色谱柱,以氮气为载气,流速为30cm/min,进样量为1.0μL,不分流进样,气化室温度为160℃,检测器温度为250℃,SE-54毛细管柱温为100℃。利用纯标样根据色谱峰保留时间定性,采用峰面积外标法进行定量。
2、结果与讨论
2.1 高铁酸钾与邻氯苯酚质量比对处理效果的影响
在废水体积为50mL,邻氯苯酚初始质量浓度为25.0mg/L,反应时间为60min,溶液pH值为8的条件下,考察高铁酸钾与邻氯苯酚的质量比对邻氯苯酚去除效果的影响,结果见图1。
由图1可知,邻氯苯酚去除率随高铁酸钾与邻氯苯酚质量比的增大迅速提高,但在质量比大于20时,去除率变化不大。在一定范围内,废水中邻氯苯酚的去除率同高铁酸钾与邻氯苯酚的质量比成正比,但当其质量比超过20以后,去除率基本上不再变化,这是因为随着高铁酸钾投加量的增加,邻氯苯酚与高铁酸钾碰撞的几率逐渐增大,使得反应效率不断提高,而到达一定的量之后碰撞的几率达到高,反应速度不再增加,这也和高铁酸钾氧化处理其他酚类物质极其相似,说明高铁酸钾的投加量是去除废水中邻氯苯酚的一大关键因素。当两者质量比为20时,邻氯苯酚去除率为89.2%,邻氯苯酚质量浓度为2.7mg/L。
2.2 反应时间对处理效果的影响
在废水体积为50mL,邻氯苯酚初始质量浓度为25.0mg/L,高铁酸钾与邻氯苯酚的质量比为20,溶液pH值为8的条件下,考察反应时间对邻氯苯酚去除效果的影响,结果见图2。
由图2可知,邻氯苯酚去除率大体上是和反应时间成正比的,在反应时间为25min时,邻氯苯酚去除率为89.2%。继续延长反应时间,邻氯苯酚去除率基本上不再发生变化。在反应初期,高铁酸钾浓度较高,氧化反应速度较快,但是随着反应的进行,邻氯苯酚浓度不断减小,与高铁酸钾碰撞的几率降低,在反应时间为25min时,反应速率达到慢,邻氯苯酚去除率为89.2%。
2.3 溶液pH值对处理效果的影响
在废水体积为50mL,邻氯苯酚初始质量浓度为25.0mg/L,高铁酸钾与邻氯苯酚的质量比为20,反应时间为25min的条件下,考察溶液pH值对邻氯苯酚去除效果的影响