Fenton试剂氧化处理甲基橙模拟废水的条件实验设计方案.docx

Fention有机污染处理的研究Fenton试剂氧化处理甲基橙模拟废水的实验设计方案专 业： 化学工程与工艺学生姓名： 肖卓群 班 级： 化本0902 完成时间： 2012/11/2 小组成员： 张国杰 肖卓群陈海波胡亚杰本实验以甲基橙作为底物，采用芬顿（Fenton）试剂进行催化氧化，综合Fe2+浓度、HO加入量和pH值对其的降解影响，实验表明：对2 250mg/L的亚甲基蓝溶液，在七水硫酸亚铁固体，30%HO溶液5g/L,2 2pH值为3的反应条件下，反应时间6min，甲基橙降解率达到95%以 上关键字：芬顿（Fenton）试剂；甲基橙；催化氧化；降解率；羟基自 由基过氧化氢与催化剂Fe2+构成的氧化体系通常称为Fen ton试剂在催 化剂作用下，过氧化氢能产生两种活泼的氢氧自由基，从而引发和传 播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化1894年，英国化学家H.J.H.Fenton首次发现有机物在(H 0 )与Fe2+2 2组成的混合溶液中能被迅速氧化，并把这种体系称为标准Fen ton试 剂，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机 态，氧化效果十分明显Fen ton试剂是由H 0和Fe2+混合得到的一种2 2强氧化剂，特别适用于某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处 理。

由于具有反应迅速、温度和压力等反应条件缓和且无二次污染等 优点，近30年来，其在工业废水的处理中的应用越来越受到国内外 的广泛重视1 Fenton 试剂概述 51.1试剂的来源 51.2试剂的分类 51.3试剂的作用原理 52实验部分 72.1水样选择 72.2主要试剂仪器 72.3分析方法 72.4溶液的配制 72.5标准曲线的测定 82.5.1最大吸收波长的测定 82.5.2最佳反应时长 92.5.3 HO的用量对甲基橙除去率的影响 102 22.5.4 FeSO・7H 0溶液的用量对甲基橙去除率的影响……114 22.6实验问题分析与总结 122.6.1 问题分析 122.10.2实验总结 123实验心得与体会 131 Fenton试剂概述1.1 Fen ton试剂的来源19844年，H.J.Fenton首次发现Fe2+与H202组成的混合液能迅速 氧化苹果酸，并把这种混合体系称为标准Fen ton试剂随后，Fen ton 试剂主要运用于酶反应、0H •自由基对细胞影响的研究1964年， 加拿大学者H.R.Eisenhaner将Fen ton试剂成功的应用到废水处理 上，他用Fe2+和H2O2氧化苯酚废水和烷基废水中各种简单的负责 的有机物。

在近十几年的研究中，Fenton法已成功运用于多种工业 废水的处理，并且日益受到国内外的关注1.2 Fen ton试剂的分类为进一步提咼对有机物是去除效果，以标准Fen ton试剂为基础，通 过改变耦合反应条件，改善反应机理，可以得到一系列机理相似的 Fen ton试剂如改性Fen ton试剂，光-Fe nton试剂，电-Fen ton试 剂和配体-Fenton试剂1.3 Fen ton试剂的作用原理Fen ton法是针对难降解有机物处理过程的一种高级氧化工艺，其在 PH=4的溶液中氧化能力仅次于氟气可有效的处理酚类、芳胺类、 芳烃类、农药及核废料等难降解有机废水而Fen ton反应必须有 Fen ton实际的参加所谓Fen ton试剂就是HO与Fe2+的混合物在2 2Fe2+催化作用下，HO能产生活泼的羟基自由基，从而引发自由基链反2 2应，加快有机物和还原性物质的氧化Fen ton试剂参与反应的主要 控制步骤是自由基，尤其是・OH的产生及其与有机物相互作用的过 程整个反应体系十分复杂，其关键是通过Fe2+在反应中起的激发和 传递作用，使链的反应持续进行直到H O耗尽Fen ton试剂氧化过程2 2一般在酸性条件下进行。

其反应机理可归纳如下式（1-7）：Fe2++H O2 2Fe3++OH-+ • OH(1)RH+ ・ OH——R ・ +HO2(2)R • +Fe3+R++Fe2+(3)R++O ——ROO+——CO +H O2 2 2(4)Fe2++O +2H+-2——Fe (OH)2(5)4Fe (OH)+O +2H O——-4Fe (OH)(胶体)(6)； 2 23Fe3++3HO——Fe (OH)（胶体）(7)3由此可见，Fen ton试剂降解有机物的实质是• OH通过电子转移等途 径传播自由基链反应，部分进攻有机物RH夺取氢生成游离基R •， R •进一步降解为小分子有机物或者矿化成CO和HO等有机物部分2 2与有机物反应使c-c键或C-H键发生裂变，最终降解为无害物另外， 生成的Fe （OH）胶体具有絮凝，吸附功能32实验部分2.1水样选择实验室采用浓度为50mg/L的甲基橙水溶液作为模拟有机废水选择甲基橙水溶液作模拟有机废水的原因，只采用甲基橙成分单 一，而且甲基橙属于分析纯，相对于工业级的染料能更准确更容易地 把握反应的规律和本质2.2主要试剂与仪器仪器：PHS-3C型精密PH计；85-2A磁力搅拌器；UVS-7220N；可见 分光光度计；电子天平；烧杯10个(50ml)；大烧杯3个(250ml)； 50ml 容量瓶5个；500ml容量瓶1个。

试剂：NaOH (A R)； 30 %H0 ； FeSO ・7H0 (AR)； HS04；甲基橙2 2 4 2 2(MO)2.3分析方法吸光度采用722型光栅分光光度计来测定，脱色率计算公式为n = (A-A) /A X100%其中：n为脱色率，A为反应前的吸光度值，A0 0 0为反应后的吸光光度值通过不同反应条件下脱色率的比较，确定最佳Fen ton试剂催化氧 化亚甲基蓝水溶液的最佳反应条件2.4溶液的配制1) 甲基橙操作液的配置：称取0.05g(实验中实际称取了0.047g) 无水甲基橙固体，定容到1000ml的容量瓶即得所需50mg/L操作液现配现用2）缓冲液的配制：按缓冲剂包装说明用二次蒸馏水进行配制 本实验采用的是混合磷酸盐缓冲剂定容至250ml得到PH值为6.864的 缓冲溶液对pH计进行校正2.5标准曲线的测定甲基橙溶液浓度采用UVS-7220N可见分光光度计进行分析测定 通过可见光区域对甲基橙进行全程扫描，发现480 nm处有最大 吸收在此吸收波长下测定样品氧化降解前后的吸光度A0、A,并用 （A-A/AX 100%求得甲基橙的去除率2.51最大吸收波长的测定称50mg的甲基橙，配置1000mL的50mg/1的，PH=3的甲基橙溶液。

采用UVS-722型分光光度计进行全程扫描，测定最大吸收波长nm波 长nm400420440460480500520540光度计示数2.8653.0003.0003.0003.0003.0001.6880.644取最大吸收波长为480nm.2.52最佳反应时长固定甲基橙的浓度为50 mg/L、pH=3，考察时间对甲基橙去除率的影响，取50 mL甲基橙溶液于烧杯中，分别加入0.2 mLH 0、50mgFeSO42 2•7H0,取不同反应时间t,测甲基橙的吸光度值，确定最佳时间2时间2min4 min6 min8 min10 minA /nm02.7882.7882.7882.7882.788A/nm0.3860.1390.0370.0480.142（A-A）086.15%95.01%98.67%98.27%94.91%/AX 100%时间与脱色率的关系5 0 5 09 9 8 8 纭色脱-♦—脱色率-时间4 6 8 10时间血in2.53、HO的用量对甲基橙除去率的影响2 2利用上步骤1配置的剩余的溶液中，分别加入到6个烧杯中，每个 烧杯50ml然后每个烧杯中分别加入50mg的FeSO・7H 0固体，分别加4 2入0.1ml~1.5ml的HO ,静止最佳时间后取样测定除去效率。

测定最佳2 2H0的浓度2 2H0用量ml2 20.10.20.30.51.01.5A /nm02.7882.7882.7882.7882.7882.788A/nm0.0400.0630. 0250.0390.1420.430(A—A ) /A098.56%97.74%99.10%98.60%94.91%84.58%X100%2.54、FeSO・7H 0溶液的用量对甲基橙去除率的影响4 2实验条件同上，取H0的最佳用量为0.3ml,改变FeSO ・7H0的用2 2 4 2量，最佳时长后取样测定甲基橙的吸光度值，确定FeSO ・7H0的最佳4 2用量可知，FeSO ・7H0用量 50 mg时，甲基橙的去除率最大，4 2 当FeSO • 7HO用量再增加时，甲基橙去除率下降这主要是由于Fe2+4 2的浓度高了以后催化产生的・OH也增加，所以・OH之间的碰撞几率增大从而发生反应，从而使・OH的量减少，导致甲基橙去除率下降且剩余的Fe2+被氧化溶液颜色加深导致溶液分光度增加FeSO・7H O用量mg4 2203040506070A /nm02.7882.7882.7882.7882.7882.788A/nm0.1010.0420.0420.0340.0210.045(A-A ) /AX 100%096.37%98.49%98.49%98.78%99.25%98.39%铁离子用量对脱色率的影响―♦—脱色率-用量7030 40 50 60铁离子用量g200 9 8 7 6 5O 9 9 9 9 9 C1 纭色脱2.6实验问题分析与总结2.6.1问题分析1） 在测样品分光度时，由于反应的不断进行以及分光皿中存 在一定量的气泡，测试所得数据会不断的变化，在一定程度上影响实 验数据的精确。

2） 在测试不同pH值对实验影响时，取值范围存在一定偏差， 理论上Fen ton试剂的催化氧化反应最佳pH值为4,但是在pH值为4时反 应过后易产生氢氧化铁絮凝物，影响分光度测定因此实验pH选33） 原本FeSO ・7H0选择用溶液，但是加溶液反应进行缓慢且浓4 2度过低基本不反应，浓度过高产生大量氢氧化铁絮凝物因此选择加 固体初步分析认为是溶液中的Fe2+不稳定，易被氧化2.6.2实验总结综上实验可知，对50mg/L的甲基橙溶液，七水硫酸亚铁1.2g/L, 30%HO溶液6ml/L，pH值为3时为其最佳的反应条件而在实验中为使2 。