Fenton法降解水中对氯苯酚的研究开题报告

1.1 研究的背景

酚类物质是重要的染料和医药中间体，广泛应用于工业生产的各个领域。工业排放的含酚废水，有机物浓度高、盐度大，属于难降解持久性有机污染物。酚类污染物来源广、危害大，若将含有酚类污染物的工业废水暴露在人类生活环境中，不仅会对环境造成严重污染，还会严重危害人体健康。因此不断改进含酚废水的处理技术，建立酚类污染物有效的降解方法是保护环境和造福人类的重要任务^[1]。

Fenton技术作为一种高级氧化技术（AOPs），其实质是H₂O₂在Fe² 的催化作用下生成具有高氧化性的羟基自由基（OH）。OH可无差别降解几乎所有有机物。1964年Eisenhouser首次使用Fenton试剂处理苯酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂在环境污染物处理中应用的先例^[2-4]。

该法既可以作为废水处理的预处理，可以作为废水处理的最终深度处理。因此，Fenton试剂法受到了环境工作者的广泛关注，在国内外废水处理中有着广阔的应用前景，日益受到国内外的关注和研究^[5]。Fenton技术与其他高级氧化技术相比，因其设备简单、操作简便、反应高效、后续可进一步絮凝澄清水质，尤其在处理难生物降解废水方面见效显著，因而应用前景广泛。

Fenton试剂的氧化性没有选择性，能进行各种废水的处理。天津大学张平凡等用Fenton试剂处理含酚废水，对氨基酚的去除率为96%-98%，处理后废水色度明显降低，改善可含酚废水的生物降解性能^[6-8]。

Fenton试剂处理难降解有机废水的影响因素根据上述Fenton试剂反应的机理可知, OH是氧化有机物的有效因子,而Fe² 、H₂O₂、溶液pH、反应温度均会影响到OH的产量，进而决定了与有机物反应的程度^[9-11]。

①pH值

Fenton试剂是在pH是酸性条件下发生作用的。在中性和碱性环境中，Fe² 不能催化H₂O₂产生OH。按照经典的Fenton试剂反应理论，pH值升高不仅会加速H₂O₂分解产生水，而且使溶液中的Fe² 、Fe³ 以氢氧化物的形式沉淀而失去催化能力。当pH值过低时， 溶液中的H 浓度过高，会消耗OH，两者生成水H OH=H₂O。pH值的变化直接影响到Fe² 、Fe³ 的络合平衡体系，从而影响Fenton试剂的氧化能力。一般废水pH在3左右，降解率较高 ^[12-13] 。

②H₂O₂投加量

采用Fenton试剂处理废水的有效性和经济性主要取决于H₂O₂的投加量。H₂O₂的投加量过少，必然导致OH产量的下降^[14]；H₂O₂的投加量过高，H₂O₂还会进一步消耗所产生的OH生成水。Fe^Ⅱ OH→Fe^Ⅲ OH^- （k=3.210⁸ M^-1S^-1）一般地,随着H₂O₂用量的增加,有机物降解率先增大，而后出现下降^[15-16]。

③催化剂投加量

Fe² 是催化H₂O₂分解生成OH最常用的催化剂。一般情况下，随着Fe² 用量的增加，废水COD的去除率先增大，而后呈下降趋势。其原因是: 在Fe² 浓度较低时，Fe² 的浓度增加，单位量H₂O₂产生的OH增加，有机物降解速率变快；当Fe² 的浓度过高时，Fe² 也会进一步消耗所产生的OH生成Fe³ 。Fe^Ⅱ OH→Fe^Ⅲ OH^- （k=3.210⁸ M^-1S^-1）^[17-19]

单因素实验是将其他因素都固定后仅对一个因素进行变化实验，考察结果的变化趋势。采用这种方法必须首先假定各因素间没有交互作用。如果各因素间存在交互作用，利用这种方法所得出的结果与实际存在一定的误差。因此，在实际生产中，需要综合考虑多种因素的影响。

正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分式析因设计的主要方法。例如作一个三因素三水平的实验，按全面实验要求，须进行3^3=27种组合的实验，且尚未考虑每一组合的重复数。若按L₉(3⁴)正交表安排实验，只需作9次，按L₁₈(3⁷)正交表进行18次实验，显然大大减少了工作量，因此该法是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格，称为正交表，在很多领域的研究中已经得到广泛应用。

1.2研究目的

先考察Fenton法降解对氯苯酚（4-CP）的可行性，而后根据4-CP初始浓度、初始pH、亚铁离子和双氧水投加浓度、反应时间，依次通过单因素实验和正交实验优化工艺参数，提出最佳去除方案。

1.3研究意义

通过单因素实验和正交实验找出降解4-CP的最优条件，为实际水处理工程提供最佳运行参数，提高处理效率，降低成本。