Fe³+/MgO催化Fenton氧化硝基苯廢水

摘 要：文章是關(guān)于利用Fenton氧化法氧化硝基苯廢水的研究。其中以Fe3+/MgO作催化劑，探求燒結(jié)溫度、Fe3+/MgO等因素對催化劑活性及氧化效果的影響。通過單因子水平實(shí)驗(yàn)確定了最佳處理?xiàng)l件。在最佳處理?xiàng)l件下，硝基苯的去除率達(dá)到99.42%。實(shí)驗(yàn)證明，在反應(yīng)溫度較低時，均相催化劑與非均相催化劑的催化活性相差比較大。

關(guān)鍵詞：硝基苯；Fenton；Fe3+/MgO

硝基苯（nitrobenzene， NB）[1]是一種具有高毒性的物質(zhì)，是一般化合物的20～30倍，致癌、致畸、致突變作用十分明顯。硝基苯是生物難降解化合物[2]，我國要求工業(yè)排放廢水中硝基苯類物質(zhì)的質(zhì)量濃度小于或等于2mg/L[3]。由于其生物毒性，硝基苯被列入世界《環(huán)境優(yōu)先控制有毒有機(jī)污染物》的名單前列。硝基苯污染廢水治理技術(shù)的研究日益引起人們的關(guān)注[1]。

1 試劑、儀器與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

三氯化鐵；氧化鎂；硫酸亞鐵；N-1-奈乙二酸鹽；氫氧化鈉；濃硫酸；過氧化氫；硫酸亞鐵銨；氨基磺酸銨；濃鹽酸；硫酸銅；硫酸氫鉀；硫酸銀；鋅粉。試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

集熱式磁力攪拌器；DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋；電子天平；SX2-4-10型箱式電阻爐；723型分光光度計(jì)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 Fe3+/MgO催化劑的制備與保存

研磨成均勻的粉末放置在真空干燥劑中保存。

1.3.2 氧化實(shí)驗(yàn)

移取500mL含硝基苯的工業(yè)廢水至燒杯中，調(diào)pH至3，恒溫水浴加熱至一定溫度，加入一定量催化劑攪拌均勻，再加入一定量的H2O2反應(yīng)至一定時間，測定硝基苯含量計(jì)算去除率。

1.3.3 硝基苯含量的測定

采用吸光光度法測定硝基苯含量，減去零濃度吸光值，繪制校準(zhǔn)曲線。水樣中硝基苯的測定：取適當(dāng)水樣放入50mL燒杯a和b中。向a中加水至20mL，濃鹽酸2mL、100g/L硫酸銅溶液2滴，搖勻。測量吸光值A(chǔ)0。從b中取適量溶液重復(fù)上述步驟得吸光值A(chǔ)。由標(biāo)準(zhǔn)曲線可以讀出A和A0對應(yīng)硝基苯的量，兩部分差即為水樣中硝基苯的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 燒結(jié)溫度對處理效果的影響

秤取0.607g三氯化鐵晶體，溶于水中，加入10g氧化鎂粉末攪拌均勻。配置四份如上樣品，置于馬弗爐中，在100、200、400、500℃下，灼燒一定時長，冷卻后將Fe3+/MgO放入研缽，研磨成均勻的粉末。用1.3.2所示的氧化實(shí)驗(yàn)計(jì)算硝基苯的去除率結(jié)果見圖1。

依圖1可知，隨著燒結(jié)溫度的升高，硝基苯的去除率先上升后下降，燒結(jié)溫度為100℃時，硝基苯的催化率僅有76.25%，到400℃的時候硝基苯的去除率達(dá)到了96.04%，是催化劑合成的最佳溫度。

2.2 [Fe3+]/[MgO]對催化性能的影響

依表1配置[Fe3+]/[MgO]為相應(yīng)比例的三氯化鐵和氧化鎂混合粉末，按照1.3.1的步驟，控制燒結(jié)溫度在400℃制備催化劑。共配置六組。

然后依1.3.2氧化實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行六組氧化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果見圖2。

依圖2可知隨著[Fe3+]/[MgO]的增加去除率先上升后下降，這是由于Fe3+是催化劑，隨著Fe3+濃度的增加去除率上升，但是當(dāng)Fe3+濃度過高時，將增加Fe2+的含量就會和羥基自由基反應(yīng)，從而消耗H2O2減弱實(shí)驗(yàn)的氧化性。當(dāng)[Fe3+]/[MgO]為1/200時，廢水中硝基苯的去除率為78.12%，直到[Fe3+]/[MgO]為1/20時達(dá)到最大99.5%，然后當(dāng)[Fe3+]/[MgO]繼續(xù)增加時去除率下降。由此可以得出實(shí)驗(yàn)的最佳[Fe3+]/[MgO]比為1/20。

第一組體系只加MgO，沒有加入Fe3+，結(jié)果去除率是0，說明起催化作用的是Fe3+而不是MgO。

2.3 均相與非均相催化劑在不同溫度下催化活性的比較

按照上述1.3.1的步驟，制備四份催化劑。然后各取0.2g放入pH為3，溫度分別為4、25、45、60℃的含硝基苯的廢水中，繼續(xù)加入1.8mLH2O2，反應(yīng)至60min時，冷卻后測定硝基苯含量。在條件一樣下，將0.2g Fe3+/MgO換成等量硫酸亞鐵溶液重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖3。

依圖3可知，無論反應(yīng)溫度是多少，非均相催化劑的催化效果都好于均相催化劑的催化效果。當(dāng)反應(yīng)溫度較低時，隨著溫度的升高兩者差別變小，但是始終都是非均相催化劑的催化效果好于均相催化劑的催化效果，可見實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)溫度低時，選擇非均相催化劑將提高催化效率。

3 結(jié)束語

（1）通過實(shí)驗(yàn)確定了在Fenton法氧化硝基苯廢水中，F(xiàn)e3+/MgO

作催化劑的最佳燒結(jié)溫度：400℃。反應(yīng)中最佳的[Fe3+]/[MgO]比為：1/20。（2）實(shí)驗(yàn)中得出在不同反應(yīng)溫度下，非均相催化劑的催化活性高于均相催化劑的催化活性。

參考文獻(xiàn)

[1]宋力.硝基苯污染廢水治理工藝的研究[J].福建建筑，2010（3）：109.

[2]童智尤，周集體，陳毓琛.有機(jī)污染物在大連近海海水中生物降解速度的y研究[J].環(huán)境科學(xué)，1997，18（4）：43.

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB8978-1996.污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].1996.