下载文档原格式
光催化降解苯酚废水的研究指导老师副教授【摘要】以TiO2 为光催化剂，以紫外灯为光源，在自制的光催化反应装置中进行苯酚溶液的光催化降解实验，并且考察了催化剂用量、苯酚初始浓度、PH值、光照强度等因素都对苯酚光催化降解的影响。
结果表明：其最佳工艺条件为：苯酚浓度在10mg/L ，pH=7，TiO2用量为1. 0 g/L，紫外灯波长为254 nm，反应时间4h时降解效果最佳。
关键字：TiO2 光催化，降解苯酚影响因素1、前言酚是一类常用的化工原料,是一类很难降解的化合物，具有致癌、致畸、致变的潜在毒性[1]，因而含酚废水来源十分广泛,对人类健康带来十分严重的危害。
苯酚是含酚废水中常见的污染物,有效处理苯酚废水已经是环保方面的一个重要课题[2]。
光催化氧化降解苯酚以其高效、稳定以及无二次污染等特点[3],已成为近年来环保领域一种新型的污染治理技术。
1.1苯酚废水来源及危害1.1.1、苯酚废水的来源苯酚是重要的化工基本原料及中间体，是一种高毒物质,工业常用于制染料合成树脂、塑料、合成纤维和农药、水杨酸等[4]，日常生活中也常用于杀菌消毒、做防腐剂等。
因而苯酚废水在我们这个工业发达的国家来源非常广，且数量多，主要来自于炼油、煤气洗涤、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐、石油化工、化学、制药、油漆、涂料、塑料农药等企业的生产废水中[5]。
苯酚微溶于水，在使用和生产苯酚的过程中，一定溶有部苯酚, 成为对人体有害的苯酚废水。
1.1.2、苯酚废水的危害苯酚是一种对一切生物个体都有毒害的物质，低浓度酚能使蛋白质变性,高浓度能使蛋白质沉淀，具有致癌、致畸、致变的潜在毒性，对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用。
它通过皮肤、黏膜的接触而吸入或经过口腔侵入生物体内，与细胞皮浆中的蛋白质接触后形成不溶性蛋白质而使细胞失去活性，尤其对神经系统有较大的亲和力，使神经系统发生病变或损害肝、肾功能[1]。
同时苯酚对水源和水生生物也能产生严重的影响。
苯酚的光降解速率常数11环科1陈浩翔1有机污染物在水体中的光化学降解强烈地影响着它们在水中的归宿，因而对水体中有机污染物光化学降解的研究已成为水环境化学的一个重要的研究领域。
目前，光降解技术已成为许多难降解有机污染物的有效去除手段。
水体中有机污染物光化学降解规律的研究主要包括两方面的内容。
一是研究其降解速率及影响因素；二是研究有机污染物降解产物，包括中间产物的毒性大小。
需要注意的是，有机污染物的光化学降解产物可能还是有毒的，甚至比母体化合物毒性更大。
因而有机污染物的分解并不意味着毒性的消失。
苯酚普遍存在于石油、煤气等工业废水中，天然水中苯酚的含量经常超标。
因此，研究天然水中酚的降解对控制其污染是很有意义的。
一、实验目的测定酚在光作用下的降解速度，并求得速率常数。
二、实验原理溶于水中的有机污染物，在太阳光的作用下分解，不断产生自由基，除自由基外，水体中还存在有单态氧，使得天然水中的有机污染物不断地被氧化。
因此，光降解是天然水体有机污染物的自净途径之一。
天然水体中有机污染物的光降解速率为：一dc/dt= Kc[O x]对上式积分得：In色=K[O x]t = K'tc式中：c o――天然水体中有机物起始浓度；c――时间为t时测得有机物的浓度；[O x]——天然水体中氧化性基团的浓度；K'――得到的衰减曲线的斜率。
本实验在含苯酚的蒸馏水溶液中加入过氧化氢作为氧化剂，模拟含酚天然水进行光降解实验。
苯酚的测定是根据铁氰化钾存在的碱性条件下，苯酚与4-氨基安替比林反应，生成橘红色的吲哚酚安替比林染料，其水溶液呈红色，在510 nm处有最大吸收。
在一定浓度范围内，苯酚的浓度与吸光度值成线性关系。
三、仪器和试剂1•仪器可见光分光光度计；高压汞灯，450W。
2试剂(1)苯酚标准储备液：1000 mg/L。
(2)50 mg/L苯酚标准中间液：取苯酚标准储备液 5 mL稀释至100 mL。
(3)缓冲溶液：称取20 g氯化铵溶于100 mL浓氨水中。
苯酚水溶液的光化学降解盖轲1，马东平1，刘永军2*【摘要】摘要:研究了在无极紫外光的照射下苯酚的降解，探讨了苯酚水溶液的初始浓度、光照时间、溶液pH值、H2O2等因素对苯酚溶液降解的影响。
结果表明:苯酚初始浓度为0.02mg·mL－1，pH值为4，光照时间为60min，加入6%H2 O24mL时，苯酚水溶液的降解率最大。
【期刊名称】陇东学院学报【年(卷),期】2011(022)002【总页数】3【关键词】关键词:降解;苯酚;紫外光0 前言苯酚具有较强的毒性［1］，能导致人头晕、贫血和神经系统紊乱等疾病，具有致畸、致癌和致突变的潜在毒性。
它在水中的分布，直接威胁着人类的身体健康，是环境中存在的重要有毒有害的污染物之一［2－3］。
由于苯酚的难降解性，使得含苯酚废水的处理受到大家的普遍关注［4］。
目前，对含苯酚废水的处理方法有很多，主要有溶剂萃取法、超声波氧化处理法、生化处理法、膜分离法等［5－6］。
但这些方法都难以很好地达到预期的目的，这也是当前国内外对含苯酚废水处理需要研究解决的课题，实验研究发现，光化学降解技术对难降解的有机物有较好降解效率。
光化学降解水体中的有机污染物［7－9］，就是在光的作用下进行的化学反应。
光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。
本文将功率为40W的紫外灯作用于苯酚水溶液，探讨了溶液初始浓度、光照时间、pH值、H 2 O2用量等因素对苯酚水溶液降解效果的影响。
本试验以功率为40W的紫外灯固定于苯酚反应器上方作为光源，反应温度为室温。
依次按照实验设计方案将苯酚反应液加入反应器中，在不同的反应体系中取样，经紫外灯照射，用紫外可见分光光度计测定其吸光度，进而计算苯酚水溶液的降解率。
1 实验部分1.1 仪器与试剂DHG一9140A型电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司)，BS110S－型电子天平(北京赛多利斯天平有限公司)，酸度计(上海精密科技有限公司)，JB－1A磁力加热搅拌器，40W紫外光灯(上海市美泰光源饰品有限公司)，SPECORD50紫外可见分光度计(analytic jena德)。
2005,No.12化学与生物工程Chemistry &Bioengineering46 基金项目:安徽理工大学硕博基金,安徽理工大学青年基金收稿日期:2005-08-03作者简介:王君(1971-),男,安徽金寨人,讲师,在读博士,研究方向:环境工程。
纳米二氧化钛光催化降解苯酚的实验研究及动力学分析王 君(安徽理工大学化工系,安徽淮南232001) 摘 要:以锐钛矿二氧化钛为光催化剂,研究了不同苯酚起始浓度的水溶液在290nm 紫外光辐照下降解苯酚的效果及动力学方程。
结果表明:苯酚起始浓度在20～80mg ・L -1之间均具有较好的降解效果,降解符合一级反应规律,速率常数随苯酚起始浓度的增大而减小。
关键词:二氧化钛;光催化;苯酚中图分类号:O 6251312 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2005)12-0046-02 多相半导体光催化因其能够完全破坏污染空气和废水中的各种有机物和无机物而成为引人注目和可能广泛应用的新技术。
它不仅具有生物降解所不可比拟的速度快、无选择性、降解完全等优点,又在价廉、无毒、可以长期使用等方面明显优于传统的化学氧化方法,因而倍受人们的关注[1～3]。
以半导体氧化物为催化剂的多相光催化过程以其可在室温下进行、可直接利用太阳光、可将几乎全部有机污染物矿化、并且不产生二次污染等独特性能而成为一种理想的环境污染治理技术。
用于光催化氧化的半导体催化剂较多,如:TiO 2、ZnO 、Fe 2O 3、CdS 、ZnS 等,其中TiO 2因氧化能力强、催化活性高和生物、化学、光化学稳定性好等优势,一直处于光催化研究的核心地位[4～7]。
作者以纳米二氧化钛为光催化剂,研究其在290nm 光化学灯的照射下光催化降解苯酚的效果及动力学规律。
1 实验111 仪器及药品722型光栅分光光度计,7923型磁力恒温搅拌器,YX J 21型低速离心沉淀机,DB 22型电热板,紫外灯(290nm )等。
苯酚的光降解速率常数实验报告学院：班级：姓名：学号：指导老师：有机污染物在水体中的光化学降解强烈地影响着它们在水中的归宿，因而对水体中有机污染物光化学降解的研究已成为水环境化学的一个重要的研究领域。
目前，光降解技术已成为许多难降解有机污染物的有效去除手段。
水体中有机污染物光化学降解规律的研究主要包括两方面的内容。
一是研究其降解速率及影响因素；二是研究有机污染物降解产物，包括中间产物的毒性大小。
需要注意的是，有机污染物的光化学降解产物可能还是有毒的，甚至比母体化合物毒性更大。
因而有机污染物的分解并不意味着毒性的消失。
苯酚普遍存在于石油、煤气等工业废水中，天然水中苯酚的含量经常超标。
因此，研究天然水中酚的降解对控制其污染是很有意义的。
一、实验目的测定酚在光作用下的降解速度，并求得速率常数。
二、实验原理溶于水中的有机污染物，在太阳光的作用下分解，不断产生自由基，具体过程如下：RH H ·＋R ·除自由基外，水体中还存在有单态氧，使得天然水中的有机污染物不断地被氧化，最终生成CO 2 ,CH 4和H 2O 等。
因此，光降解是天然水体有机污染物的自净途径之一。
天然水体中有机污染物的光降解速率，可用下式表示：-dtdc = Kc[Ox] 式中：c ——天然水中苯酚的浓度；[Ox]——天然水中的氧化基团。
上式积分得：ln cc 0= K[Ox]t = K ’t 式中：c 0——大然水中苯酚的起始浓度；c ——时间为t 时测得苯酚的浓度；[Ox]——天然水中氧化性基团的浓度。
一般是定值，认为其在反应过程中浓度维持不变。
K ’——所得到的衰减曲线的斜率。
绘制lncc 0-t 关系曲线，可求得K ’值， 即光降解速率‘常数。
本实验在含苯酚的蒸馏水溶液中加人H 2O 2，模拟含酚天然水进行光降解实验。
苯酚的测定是根据氧化剂铁氰化钾存在的碱性条件下，苯酚与4—氨基安替比林反应，生成橘红色的吲哚酚安替比林染料，其水溶液呈红色，在510 nm 处有最大吸收。
苯酚的光降解速率常数 (1) 2 苯酚是一种常见的有机化合物，在环境中广泛存在。
其光降解速率常数是一个重要的环境化学参数，用于描述在光照条件下，苯酚降解的快慢程度。
该参数对于评估苯酚对环境的影响以及制定相应的污染控制策略具有重要意义。
一、苯酚的光降解原理苯酚的光降解是在光能的作用下，苯酚分子吸收光能后转化为激发态，进而发生化学反应的过程。
在这个过程中，苯酚分子会吸收一定波长的光能，使其电子结构发生变化，由基态跃迁至激发态。
激发态的苯酚分子不稳定，容易发生化学反应，最终导致苯酚的降解。
二、影响苯酚光降解速率常数的因素1.光照强度：光照强度是影响苯酚光降解速率常数的关键因素。
在光照强度较高的条件下，苯酚分子能够更快速地吸收光能，发生激发和化学反应，因此其降解速率常数较大。
2.温度：温度也会影响苯酚的光降解速率常数。
在较高温度下，苯酚分子的运动速度加快，使得分子更容易发生碰撞和反应，因此其降解速率常数较大。
3.溶液pH值：溶液的pH值对苯酚的光降解速率常数也有一定影响。
在酸性环境下，苯酚容易发生羟基化反应，生成苯二酚等中间产物，这会影响其降解速率常数。
而在碱性环境下，苯酚的光降解速率常数可能会降低。
4.污染物浓度：苯酚及其他污染物的浓度也会影响其光降解速率常数。
在低浓度条件下，苯酚分子的光吸收和反应概率较低，因此其降解速率常数较小。
而在高浓度条件下，苯酚分子之间的相互作用可能会导致反应速率的增加。
三、测定苯酚光降解速率常数的方法1.光谱法：通过测定苯酚在不同波长下的吸光度变化，可以计算出其光降解速率常数。
常用的光谱法包括紫外-可见光谱法和荧光光谱法等。
2.动力学模型法：通过建立苯酚光降解的动力学模型，可以预测其在不同条件下的降解速率常数。
常用的动力学模型包括一级反应动力学模型和二级反应动力学模型等。
3.实验法：通过在实验条件下进行苯酚的光降解实验，可以直接测定其降解速率常数。
常用的实验方法包括分光光度法和高效液相色谱法等。
实验七苯酚的光降解速率常数2013年11月实验七苯酚的光降解速率常数有机污染物在水体中的光化学降解强烈地影响着它们在水中的归宿，因而对水体中有机污染物光化学降解的研究已成为水环境化学的一个重要的研究领域。
目前，光降解技术已成为许多难降解有机污染物的有效去除手段。
水体中有机污染物光化学降解规律的研究主要包括两方面的内容。
一是研究其降解速率及影响因素；二是研究有机污染物降解产物，包括中间产物的毒性大小。
需要注意的是，有机污染物的光化学降解产物可能还是有毒的，甚至比母体化合物毒性更大。
因而有机污染物的分解并不意味着毒性的消失。
苯酚普遍存在于石油、煤气等工业废水中，天然水中苯酚的含量经常超标。
因此，研究天然水中酚的降解对控制其污染是很有意义的。
一、实验目的测定酚在光作用下的降解速度，并求得速率常数。
二、实验原理溶于水中的有机污染物，在太阳光的作用下分解，不断产生自由基，具体过程如下：RH H·＋R·除自由基外，水体中还存在有单态氧，使得天然水中的有机污染物不断地被氧化，最终生成CO 2 ,CH 4 和H 2 O 等。
因此，光降解是天然水体有机污染物的自净途径之一。
天然水体中有机污染物的光降解速率，可用下式表示：- dt dc =Kc[Ox]式中：c——天然水中苯酚的浓度；[Ox]——天然水中的氧化基团。
上式积分得：ln c0/c =K[Ox]t = K′t式中：c 0——大然水中苯酚的起始浓度；c——时间为t 时测得苯酚的浓度；[Ox]——天然水中氧化性基团的浓度。
一般是定值，认为其在反应过程中浓度维持不变。
K′——所得到的衰减曲线的斜率。
绘制ln c c 0 -t 关系曲线，可求得K’值，即光降解速率常数。
本实验在含苯酚的蒸馏水溶液中加人H2 O2，模拟含酚天然水进行光降解实验。
苯酚的测定是根据氧化剂铁氰化钾存在的碱性条件下，苯酚与4—氨基安替比林反应，生成橘红色的吲哚酚安替比林染料，其水溶液呈红色，在510nm 处有最大吸收。
实验三 苯酚的光降解速率常数
有机污染物在水体中的光化学降解强烈地影响着它们在水中的归宿，因而对水体中有机污染物光化学降解的研究已成为水环境化学的一个重要的研究领域。
目前，光降解技术已成为许多难降解有机污染物的有效去除手段。
水体中有机污染物光化学降解规律的研究主要包括两方面的内容。
一是研究其降解速率及影响因素；二是研究有机污染物降解产物，包括中间产物的毒性大小。
需要注意的是，有机污染物的光化学降解产物可能还是有毒的，甚至比母体化合物毒性更大。
因而有机污染物的分解并不意味着毒性的消失。
苯酚普遍存在于石油、煤气等工业废水中，天然水中苯酚的含量经常超标。
因此，研究天然水中酚的降解对控制其污染是很有意义的。
一、实验目的
1.学习光-Fenton 体系降解有机物的原理
2.测定苯酚在光-Fenton 体系中的表观速率常数。
3.考察初始Fe(III)浓度对表观速率常数的影响。
二、实验原理
Fe(OH)2+ + h ν→ Fe 2+ + ·OH (λmax =295 nm)[1] Fe 2++H 2O 2→Fe 3++·OH+OH - (·OH 产生的主要途径)[2]
H 2O 2+ h ν→ 2 ·OH (λmax ≤380 nm) [1]
·OH 使得水中的有机污染物不断地被氧化，最终生成CO 2和H 2O 等。
有机污染物的光降解速率，可用下式表示：
-dt
dc
= k ·c ·c (Ox) 式中：c ——水中苯酚的浓度；
c (Ox)——水中的氧化基团浓度。
上式积分得：
ln
c
c 0
= k c (Ox)t = k ’t 式中：c 0——大然水中苯酚的起始浓度； c ——时间为t 时测得苯酚的浓度；
c (Ox)一般是定值，认为其在反应过程中浓度维持不变。
k ’——所得到的衰减曲线的斜率。
绘制ln c
c 0
-t 关系曲线，可求得k ’值，即光降解表观速率常数。
本实验在含苯酚的蒸馏水溶液中加人Fe 3+和H 2O 2，模拟含酚废水进行光降解实验。
苯酚的测定是根据氧化剂铁氰化钾存在的碱性条件下，苯酚与4—氨基安替比林反应，生成橘红色的吲哚酚安替比林染料，其水溶液呈红色，在510 nm 处有最大吸收。
在一定浓度范围内，苯酚的浓度与吸光度值成线性关系。
三、仪器和试剂
1. 仪器
(1) 可见光分光光度计。
(2) 电动搅拌机。
(3) 高压汞灯：400 W 。
(4) pH 计。
(5) TES1332数字式照度计（台湾） 2. 试剂
(1) 苯酚标准储备液：1000 mg/L (10.4mmol L -1)。
(2) 50 mg/L (520µmol L -1)苯酚标准中间液：取苯酚标准储备液5 mL 稀释至100 mL 。
(3) 缓冲溶液：称取20 g NH 4Cl 溶于100 mL 浓NH 3·H 2O 中。
(4) 1% 4—氨基安替比林溶液：贮于棕色瓶中在冰箱内可保存1周。
(5) 4%铁氰化钾溶液：贮于棕色瓶中在冰箱内可保存1周。
(6) 0.36 %(105.9 mmol L -1) H 2O 2溶液：取浓H 2O 2(30%)溶液3.0 mL 稀释至250 mL 。
(7) 12.5 mmol L -1 Fe(III)溶液：准确称取0.8447g FeCl 3·6H 2O 于250mL 烧杯，加入4-5滴浓盐酸(保证溶液pH 约为2.0)，加蒸馏水溶解，定量转移到250mL 容量瓶，定容。
(8) 待降解苯酚溶液(浓度20 mg/L 或208µmol L -1)：取1000 mg/L 的苯酚标准储备液10.0 mL 于500mL 容量瓶中，用二次水稀释至刻度，摇匀待用。
(9) 2.0 mol L -1HCl 溶液和1.0 mol L -1NaOH 溶液(调节溶液pH 用)
四、实验步骤
1. 标准曲线的绘制
分别取50mg/L 的苯酚标准中间液0、0.5、1.00、1.50、2.00和2.50 mL 于25 mL 容量瓶中，加少量二次水，然后加人0.5 mL 缓冲溶液，1.0 mL 4—氨基安替比林溶液，混匀。
再加人1.0 mL 铁氰化钾溶液，彻底混匀。
最后用二次水定容至25 mL ，放置15 min 后，在分光光度计上，于510 nm 波长处，用1 cm 比色皿，以空白溶液为参比，测量吸光度。
以吸光度对浓度作图绘制标准曲线。
2. 光降解实验
① 检查光照系统，室温下进行实验。
② 将待降解的苯酚溶液(浓度20 mg/L 或208µmol L -1)500mL 置于1000 mL 烧杯中，加入4.0 ml 0.36%的H 2O 2溶液(混合后H 2O 2浓度约为847µmol L -1)，加入1.0 ml 12.5mmol L -1的FeCl 3储备液(混合后Fe(III)浓度约为25µmol L -1)，用pH 计调节溶液pH 为3.0，混匀。
此溶液即为模拟的含苯酚天然水样。
③将装有模拟苯酚水样的烧杯置于磁力搅拌器上，在汞灯照射下进行实验。
每隔10 min 取一次样，每次取5.0 mL ，共取11次样（即分别在t ＝0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100min 时取样）。
分别置于有编号的 25mL 容量瓶中，按照与步骤1相同的方法测定吸光度。
④ 改变FeCl 3储备液用量为2.0ml 、4.0 ml ，重复②和③操作。
五、数据处理
由标准曲线上查得不同时间光降解溶液中苯酚所对应的浓度值，绘制ln c
c 0
-t 关系曲线，求得k ’值。
六、思考题
1. 讨论实验过程中出现的现象。
2. 本实验所用高压汞灯的光谱有何特征？
3. 研究苯酚的光降解有何实际意义？
4.说明Fe(III)浓度对苯酚降解的影响规律。
参考资料： [1]
200
250300350400450500
0.00.1
0.20.30.40.50.6 1 Fe(III)+H 2O 22 Fe(III)3 H 2O 2
1
2
3
A b s
wavelength/nm
图1不同溶液的紫外可见吸收光谱
c 0(Fe(III)) =20.0µmol L -1, c 0(H 2O 2)=400.0µmol L -1 pH3.00
[2]
t /min c (O H )/ m o l L
-1
t /min
图2 2种光源照射下3种体系产生的OH 浓度随时间的变化
c 0(Fe (III))=20.0µmol L -1
, c 0(H 2O 2))=400.0µmol L -1
,pH3.00
(a) daylight lamp,5500Lux (三种体系中100min 产生OH 浓度分别为2.1µmol L -1
;48.5µµmol
L -1;4.2µmol L -1)
(b) halide lamp,6.0×104Lux (三种体系中100min 产生OH 浓度分别为29.4µmol
L -1;136.6µmol L -1;15.8µmol L -1)
已报导的地表水中过氧化氢的浓度。
