硅藻土负载双金属类芬顿催化剂降解对氯苯酚的研究

董亚荣，张尊举，宁忠仁，孙 蕾，张桂芹

(1.河北环境工程学院，河北 秦皇岛 066004；2.新疆阿克苏危险废物管理中心，新疆 843000；3.吉林市永吉县自来水公司，吉林 132200)

1.引言

氯酚类化合物，作为一种重要工业原料，被大量使用于造纸、化工、制药、塑料、农药的生产过程中，其产生的废水具有毒性高，难降解、稳定性强的特点，寻求高效低成本的处理方法显得尤为重要。近年来，非均相芬顿技术作为高级氧化技术的一种被广泛研究和使用，其中负载型双金属芬顿催化剂的开发能够有效地拓宽pH范围和减少铁泥的产生，广泛应用于造纸废液、染料废水、制革废水、制药废水处理中。

本文采用硅藻土负载Fe3+/Mn2+非均相催化剂降解对氯苯酚，研究了初始pH值、反应温度、催化剂投加量、H2O2投加量和废水初始浓度等因素对催化氧化效果的影响。

2.实验部分

2.1 催化剂的制备

将1.0g活化提纯后的硅藻土加入25mL浓度分别为0.02mol/L的Fe3+和0.01mol/L的Mn2+混合溶液中，60℃水浴中持续搅拌4h，过程中逐滴滴加0.20mol/L的NaOH溶液至pH中性，静置老化后，过滤、洗涤、烘干、高温焙烧、研磨备用。

2.2 对氯苯酚溶液降解实验及分析方法

称取定量的催化剂置于250mL锥形瓶中，再量取200mL一定浓度的对氯苯酚溶液，对不同的溶液浓度、pH值、反应温度、反应时间、催化剂投加量和H2O2投加量条件下，以200r/min磁力搅拌，考察其降解特性。平行测定3次，取平均值。

用AA7000原子吸收光谱仪测定铁的含量，用TOC-L型分析仪测定溶液中的总有机碳含量。

3.结果与讨论

3.1 初始pH值影响

在对氯苯酚初始浓度为50.0mg/L，H2O2浓度为10.0mmol/L，催化剂投加量为100g/L的条件下，改变溶液初始pH值为3.0、5.0、6.5(初始值)、9.0，以降解后TOC值考察其降解效果。

图1 初始pH值对对氯苯酚降解的影响

由图1可知，初始pH值在酸性条件下，对氯苯酚的降解率较高，且酸性强弱对其出水TOC值影响不大，这与传统的均相芬顿反应有所不同。同时，当初始pH值分别为5.0、6.5、9.0时，测定溶液中铁含量分别为0.089、0.042、0.035mg/L，说明硅藻土负载Fe3+/Mn2+催化剂具有良好的稳定性，减少了铁泥的产生量。

3.2 催化剂投加量的影响

在对氯苯酚初始浓度为50.0mg/L，H2O2浓度为10.0mmol/L，溶液pH值为5.0的条件下，改变催化剂投加量分别为100g/L、150g/L、200g/L、300g/L的条件下，以降解后TOC值考察其降解效果。

图2 催化剂投加量对对氯苯酚降解的影响

由图2可知，随着催化剂量的增加，与H2O2的接触面积增加，催化效果逐渐增加，但是当催化剂投加量达到200mg/L时，对氯苯酚的降解率增加缓慢甚至有所降低，原因在于固体颗粒的增加影响传质，另外过量的双氧水会与Fe3+/Mn2+发生副反应消耗.OH。

3.3 H2O2投加量的影响

在对氯苯酚初始浓度为50.0mg/L，催化剂投加量为200mg/L，溶液pH值为5.0的条件下，改变H2O2浓度分别为2.0mmol/L、6.0mmol/L、10.0mmol/L、20.0mmol/L的条件下，以降解后TOC值考察其降解效果。

图3 H2O2投加量对对氯苯酚降解的影响

由图3可知，随着H2O2投加量的增加，对氯苯酚的降解效果明显增加，因为H2O2分解产生大量的.OH是主要的氧化剂，但是当H2O2投加量从10.0mmol/L增加到20.0mmol/L时，对氯苯酚降解率增长缓慢，原因在于过量的H2O2会消耗.OH使其利用率降低，从而影响降解率。

4.结论

通过改变初始pH值、催化剂用量和H2O2投加量初始条件，利用硅藻土基负载Fe3+/Mn2+双金属催化剂对对氯苯酚溶液进行氧化降解，优化反应条件为：当对氯苯酚初始浓度为50.0mg/L，体积200mL时，溶液pH值为5.0，催化剂投加量为200mg/L，H2O2投加量为10.0mmol/L条件下，对氯苯酚的降解率均可达到97%以上，为后续实际工程应用提供理论指导。