实验四Fenton试剂氧化法处理废水(1)之欧阳光明创编

实验七 Fenton试剂氧化法处理废水

欧阳光明（2021.03.07）

一、实验目的

1、理解Fenton试剂催化氧化的机理及运行因素

2、掌握运用正交方法进行多因素多水平实验的设计

3、对实验结果进行直观分析，确定因素的主次关系及各因素的最佳水平。

二、实验原理

过氧化氢与催化剂Fe2+构成的氧化体系通常称为fenton试剂。Fenton试剂法是一种均相催化氧化法。在含有亚铁离子的酸性溶液中投加过氧化氢时，在Fe2+催化剂作用下，H2O2能产生活泼的羟基自由基，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。其一般历程为：

所以羟基自由基可与废水中的有机物发生反应，使其分解或改变其电子云密度和结构，有利于凝聚和吸附过程的进行。

Fenton试剂的影响因素有：pH值、H2O2投加量、Fe２＋投加量和反应温度。

pH值：Fenton试剂是在酸性条件下发生作用的，在中性和碱性的环境中Fe２＋不能催化H２O２产生羟基自由基，ｐＨ值在3-5附近时去除率最大。

H２O２投加量：H２O２的浓度较低时，H２O２的浓度增加产生羟

基自由基量的增加；H２O２的浓度过高时，过量的H２O２不但不能通过分解产生更多的羟基自由基，反而在反应一开始就把Fｅ２＋迅速氧化成Fｅ３＋，使氧化在Fｅ３＋的催化下进行，这样既消耗了H２O ２又抑制羟基自由基的产生。

Fｅ２＋投加量：Fｅ２＋浓度过低，反应速度极慢；Fｅ２＋过量，它还原H２O２且自身氧化为Fｅ３＋，消耗药剂的同时增加出水色度。

反应温度也会对其氧化效果有影响。根据反应动力学原理，随着温度的增加，反应速度加快。但是对于Fｅｎｔｏｎ试剂这样复杂的反映体系，温度升高，不仅加速正反应的进行，也加速副反应。因此，温度对于Fenton试剂处理废水的影响复杂，适当的温度可以击活羟基自由基，温度过高会使双氧水分解成水和氧气，但在工业废水处理中，提高温度耗能较大，一般采用室温下操作，故本实验不考虑该因素的影响。

三、实验用品及装置

1．实验仪器：

搅拌器或振荡器

分析天平

烧杯、移液管、量筒等有关玻璃器皿

COD测定回流装置

2．实验试剂：

30％过氧化氢。

1 mol/L硫酸亚铁溶液：临用前配制，称取2.78g硫酸亚铁溶于

10mL水中。

0.1 mol/L高锰酸钾溶液：称取1.58g高锰酸钾溶于100mL水中，存放于棕色瓶内。

0.5 mol/L硫酸。

1 mol/L氢氧化钠。

0.2500 mol/L重铬酸钾标准溶液。

试亚铁灵指示剂。

0.1 mol/L硫酸亚铁铵溶液。

硫酸-硫酸银溶液。

重铬酸钾使用液：在1000mL烧杯中加约600mL蒸馏水，慢慢加入100mL浓硫酸和26.7g硫酸汞，搅拌，待硫酸汞溶解后，再加80mL浓硫酸和9.5g重铬酸钾，最后加蒸馏水使总体积为1000 mL。

对甲氧基苯胺水样：称取0.36 g对甲氧基苯胺于3000mL烧杯中，加入约3000mL水，搅拌溶解。

四、实验步骤

１、COD快速测定（10 min）

测定对甲氧基苯胺水样的COD：取水样20 mL，加重铬酸钾使用液15 mL和硫酸-硫酸银溶液40 mL，再加2粒玻璃珠，摇匀，回流10 min，再加120 mL左右的蒸馏水稀释，冷却至室温，加3-4滴试亚铁灵指示剂，以0.1 mol/L硫酸亚铁铵溶液滴定，颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。

同时测定空白水样COD。

2、对甲氧基苯胺水样的Fenton氧化处理

以pH值、H2O2投加量、Fe2+投加量为影响因素，每个因素考虑三个水平，选择合适的正交表。

取180 mL的水样于250mL烧杯中，按下列正交实验表进行设置反应条件：以0.5 mol/L硫酸和1 mol/L氢氧化钠溶液调节pH值（用精密pH试纸），调至相应的pH后，置烧杯于电磁搅拌器上，在约25℃下搅拌，加入相应的硫酸亚铁溶液（使用前配置）和过氧化氢，搅拌 1 h，边搅拌边滴加高锰酸钾溶液，至浅棕红色不褪为止，放置20min后，再调节pH至7，过滤，取20mL滤液测定COD，计算各反应条件下的COD去除率

表1 实验因素与水平

因素水平

A B C

pH Fe2+投加量H2O2投加量

1 2 0.2 mL 1.4 mL

2 4 0.5 mL 1.7 mL

3 6 0.8 mL 2 mL

表2 正交实验表

对实验结果进行直观分析，及极差分析，判断因素主次关系，找出最佳反应条件。

五、实验成果整理

1．用下式计算水样的COD

COD (mg/L) = （V0-V1）×c×8×1000/V2

V0—滴定空白消耗的硫酸亚铁铵的体积（mL）；

V1—滴定水样消耗的硫酸亚铁铵的体积（mL）；

V2—水样体积（mL）；

c—硫酸亚铁案浓度（mol/L）。

2．数据处理

(1) 寻找最好的实验条件

在A1水平下进行了三次实验，#1，#2，#3，三次实验中因素B的三个水平各进行了一次实验，因素C的三个水平同样各进行了一次实验。

在A2水平下进行了三次实验，#4，#5，#6，三次实验中因素B的三个水平各进行了一次实验，因素C的三个水平同样各进行了一次实验。

在A3水平下进行了三次实验，#7，#8，#9，三次实验中因素B和C的三个水平同样各进行了一次实验。

将全部实验分成三个组，那么这三组数据的差异就反应了因素A的三个水平的差异，计算各组数据的和与平均：

T1=Y1+Y2+Y3；T2=Y4+Y5+Y6；T3=Y7+Y8+Y9；

t1= T1/3；t2= T3/3；t3= T3/3；

同理，对于因素B和C，将数据分成三组分别比较。

3. 实验结果

原水COD：

（２）各因素对去除率的影响程度大小分析。

极差的大小反应了各因素水平改变时对实验结果的影响大小。这里因素的极差是指各水平平均值的最大值与最小值的差值。

（3）绘制各因素不同水平对去除率的影响图。

4．说明Fenton氧化法处理对甲氧基苯胺水样的最佳反应条件，即pH、Fe2+投加量、H2O2投加量三种因素在哪种组合条件下去除率达到最高。