非均相Fenton试剂处理维生素B12废水实验设计.doc

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1、非均相Fenton试剂处理维生素B12废水实验设计何欢祺（北京科技大学土环学院环境工程系，北京）摘要Fenton氧化法是一种高级的氧化技术，具有较高去除难降解有机污染物的能力。本文概述了Fenton试剂的作用机理和传统均相Fenton法的弊端，并详细阐明利用活性炭负载Fe2+的非均相Fenton试剂制备方法及其处理维生素B12废水的实验设计。关键字Fenton氧化非均相Fenton试剂废水处理正交试验一、Fenton试剂的作用机理Fenton试剂具有强氧化性在于其中含有Fe2+和H2O2，对有机物的氧化作用是

2、指H2O2与Fe2+作用，生成具有极强氧化能力的羟基自由基·OH而进行的游离基反应；另一方面，反应生成的Fe(OH)3胶体具有絮凝、吸附功能，也可以去除水中部分有机物。链式反应如下：Fenton反应中对H2O2的消耗很快，产生的·OH具有很高的电负性或亲电性，具有很强的加成反应特性，因此Fenton法可以氧化水中大部分有机物，适合处理难生物降解和一般物化方法难以处理的废水[1]。均相Fenton法存在pH值适用范围窄（PH范围3~5），催化剂难回收，产生大量铁泥造成二次污染等缺点，限制了其在废水处理中的应用。

3、二、非均相Fenton试剂的制备为了解决均相Fenton试剂的弊端，我们将延续前人思路继续把铁离子、铁的氧化物或者具有催化能力的过渡金属元素等固定在载体上，制备出不溶于水的非均相催化剂，其仍留有均相催化剂的优点，而且拓宽了pH值适用范围，避免了铁离子产生铁泥，消除了离子本身所具有的颜色对水体视觉效果的影响。通过查阅文献，确定了一种以活性炭负载Fe2+的非均相Fenton试剂制备方法，具体过程如下：将100mL一定体积分数的酸与12.5g颗粒活性炭浸渍24h，清洗后真空烘干。向经酸预处理后的活性炭中加入80mL

4、一定质量数的硫酸亚铁溶液，在恒温振荡器中于常温下以150r/min的转速震荡浸泡24h，再用质量分数为10%的氢氧化钠溶液滴定至中性，清洗后真空烘干，用以制备Fe2+/活性炭非均相Fenton试剂。[2]三、实验设计（一）、影响因素的确定近些年来有很多学者致力于研究实验因素对Fenton反应的影响，并建立了不同的动力学模型。Kwon通过研究Fenton试剂对酚氯的氧化特性，发现Fe2+浓度、H2O2浓度、pH直接决定了·OH的产量，[3]而·OH正是Fenton反应氧化有机污染物的主要活性氧物种。在研究中发现

5、，如果酸性太强，溶液中的H+浓度过高，过氧化氢以H3O2+稳定存在，而且有机物在强酸性环境中不易分解，Fe3+不能被顺利地还原成Fe2+，催化反应受阻。实验证明，反应受到自由Fe2+浓度的影响，Fe2+是产生·OH的关键因素。被Fenton试剂分解的小分子有机物，有一部分会加速分解，而另外一部分会和Fe2+形成稳定的化合物，很难被进一步降解，只要有H2O2存在，有机物的降解反应便会继续下去。由实验结果得出pH=2~4时，有机物的降解速率最高。[4]邓小晖等人对Fenton试剂处理印染废水的实验发现，当pH一定

6、，Fe2SO4·H2O投加量为150mg/L时，30%的H2O2最适宜的投加量为1mL/L。继续取30%的H2O2的投加量为1mL/L，试验Fe2SO4·H2O投加量对处理效果的影响，发现投加量为150mg/L时，处理效果很好，但质量浓度超过350mg/L，水样COD去除率降低，因此Fe2SO4·H2O最适宜的投加量为150~350mg/L[4]。（二）、废水处理效果测定指标的确定在本实验中确定废水的可生化性（B/C）作为衡量处理效果的重要指标。COD，即化学需氧量，是指在一定严格条件下，水中的还原性物质在外

7、加的强氧化剂作用下所消耗的氧化剂数量，能够反应水中受还原性物质污染的程度。因维生素B12废水中无机还原性物质的数量相对不大，因此COD可以作为有机污染物相对含量的一项综合指标。BOD指水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。废水的可生化性，即BOD与COD的比值（B/C)，反映废水中有机物能被生物降解的难易程度，可以表征废水的处理效果。目前普遍认为,B/C<0.3的废水属于难生物降解废水,在进行必要的预处理之前不易采用好氧生物处理;而B/C>0.3的废水属于可

8、生物降解废水。该比值越高,表明废水经非均相Fenton试剂的处理效果越好。[5]（三）、正交试验本实验中需要研究三个因素，即Fe2+浓度、H2O2浓度、pH对实验结果的影响，因此需要挑选出有代表性的试验点来进行试验,通过对代表性的试验的结果分析,了解全面试验的情况,即采用正交实验的方法。挑选有代表性的试验点成为正交试验的关键，最终达到减少实验次数，缩短实验周期的目的。[6]本实验运用SPSS软件进行