徐 陽(yáng)，馬方沛，張亞南，張凌霞，周慧敏，蔡可迎

酸洗鐵粉降解對(duì)硝基苯酚的研究

徐 陽(yáng)，馬方沛，張亞南，張凌霞，周慧敏，蔡可迎

（徐州工程學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 徐州 221111）

還原鐵粉用稀酸淋洗后用于還原對(duì)硝基苯酚（4-NP）。考察了酸種類(lèi)、酸濃度和鐵粉用量對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果表明，用硫酸、鹽酸和硝酸處理鐵粉后，其還原效果均得到提高，其中用鹽酸處理的鐵粉效果最好。用不同濃度的鹽酸處理鐵粉，其中用0.1mol·L-1鹽酸處理的效果最好。

鐵粉；降解；對(duì)硝基苯酚

對(duì)硝基苯酚（4-NP）大量存在于工業(yè)廢水中，其毒性較強(qiáng)，難降解，難以治理。目前，國(guó)內(nèi)處理含4-NP廢水的主要方法有吸附法［1］、生物降解［2］、超聲降解［3］、氧化降解［4］和還原降解［5-6］等。吸附法、生物降解和超聲降解的效率較低；氧化降解操作較復(fù)雜；還原降解法中多以硼氫化鈉為還原劑，在金［6］、銀［7］等金屬催化下將4-NP還原為對(duì)氨基苯酚（4-AP）。4-AP的毒性較小，且在環(huán)境中易降解，因此還原法能有效去除4-NP。由于硼氫化鈉和貴金屬的價(jià)格均較高，所以此法成本較高。以鐵屑為還原劑直接還原4-NP的成本較低，但是這方面的研究較少。我們研究了用酸處理的還原鐵粉對(duì)4-NP的降解性能，得到了較好的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)

圖1 4-NP的標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 1 Standard curve of 4-NP

1.1 試劑與儀器

還原鐵粉（AR），鹽酸（37%，AR），濃硫酸（98%，AR），硝酸（65%～68%，AR），4-NP（AR），自制去離子水。

T6型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-vis）。

1.2 鐵粉的處理

配制不同濃度的酸溶液，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定后備用。稱(chēng)取1.5g還原鐵粉放入50mL的燒杯中，快速加入10mL的酸，攪拌5～10s，快速抽濾，用蒸餾水洗滌至中性直接使用。

1.3 4-NP的降解

將500mg·L-1的對(duì)硝基苯酚溶液50mL倒入三口燒瓶中，加入0.186g KCl和剛洗滌過(guò)的鐵粉。開(kāi)動(dòng)攪拌，并定時(shí)取樣，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定樣品的吸光度，根據(jù)318nm處吸光度的變化確定反應(yīng)進(jìn)程［8］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

配制不同濃度的4-NP溶液，并分別測(cè)定其在318nm處的吸光度，作吸光度-濃度圖，并對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)圖1。根據(jù)圖1可知吸光度和濃度之間具有線性關(guān)系，符合線性方程A=0.0396c+0.0203 （R2=0.9935）。根據(jù)此方程可計(jì)算不同吸光度對(duì)應(yīng)的濃度，再根據(jù)濃度變化計(jì)算降解率。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同酸處理鐵粉對(duì)降解效果的影響

分別用濃度均為0.2mol·L-1的鹽酸、硫酸和硝酸洗滌鐵粉，并考察其降解4-NP的性能，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，4-NP的降解率均明顯提高，其中用鹽酸處理的鐵粉效果最好，反應(yīng)40min，4-NP的降解率接近100%。其次是用硫酸和硝酸處理的鐵粉，二者效果接近，反應(yīng)40min，4-NP的降解率約為90%。未用酸處理的鐵粉效果最差，反應(yīng)40min，4-NP的降解率約為71%。

圖2 不同酸洗鐵粉的降解效果Figure 2 Effects of iron washed with several acids on degradation of 4-NP

2.2 不同濃度鹽酸處理鐵粉對(duì)降解效果的影響

圖3 不同濃度鹽酸處理鐵粉對(duì)降解的影響Figure 3 Effects of iron washed with different concentration of HCl on degradation

反應(yīng)時(shí)間均為30min，鐵粉用量均為0.15g，進(jìn)一步考察了用不同濃度鹽酸處理鐵粉的效果，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，用0.1mol·L-1的鹽酸處理的鐵粉效果最好，濃度過(guò)低或過(guò)高效果均不好。用酸處理鐵粉可以除掉表面的氧化物，使活性較高的鐵裸露出來(lái)，加速反應(yīng)。濃度較低的酸不能完全去除鐵粉表面的氧化物，使其活性較低；濃度較高的酸除了能洗掉表面的氧化物，還會(huì)和部分鐵單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使其表面變得光滑，導(dǎo)致活性降低?？梢?jiàn)，用0.1mol·L-1的鹽酸處理鐵粉是適宜的。

2.3 鐵粉用量對(duì)反應(yīng)的影響

用0.1 mol·L-1鹽酸處理鐵粉，反應(yīng)時(shí)間為25min，考察鐵粉用量對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知，4-NP的降解率隨著鐵粉用量的增加而增加。但在不同階段4-NP的增加幅度不同，鐵粉用量較少時(shí)，增加鐵粉用量4-NP 降解率顯著增加；鐵粉用量較多時(shí)，增加鐵粉用量4-NP的降解率增加幅度較小。因此，要根據(jù)情況確定鐵粉的用量以提高降解效率。

圖4 鐵粉用量對(duì)反應(yīng)的影響Figure 4 Effects of iron amount on degradation

3 結(jié)論

用酸快速洗滌還原鐵粉后，可顯著提高其降解4-NP的能力。在硫酸、鹽酸和硝酸中，用鹽酸處理鐵粉的效果好于硫酸和硝酸。用不同濃度的鹽酸處理鐵粉效果不同，用0.1mol·L-1鹽酸處理鐵粉的效果較好。

［1]孟啟，周峰，舒斌斌，等. PS-Cy和PS-Acyl-Cy樹(shù)脂的制備及其吸附對(duì)硝基酚［J］. 合成樹(shù)脂及塑料，2015，32（3）：44-48.

［2]任磊，史延華，賈陽(yáng)，等. 菌株Arthrobacter sp. CN2降解對(duì)硝基苯酚的特性與動(dòng)力學(xué)［J］. 環(huán)境科學(xué)，2015，36（5）：1757-1762.

［3]李潔. 水中對(duì)硝基苯酚的超聲降解［D］. 鄭州：鄭州大學(xué)，2004.

［4]周桂林，魏夢(mèng)穎，費(fèi)麗莎，等. Ce-Cu復(fù)合催化劑用于對(duì)硝基苯酚廢水處理研究［J］. 水處理技術(shù)，2012，38（2）：52-55.

［5]邱罡，陳宜菲，陳少瑾. 不同前處理方式對(duì)鐵屑還原降解土壤中對(duì)硝基苯酚的影響［J］. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010（3）：654-658.

［6]王珍珍，翟尚儒，翟濱，等. 基于對(duì)硝基苯酚還原模型反應(yīng)的納米金催化材料［J］. 化學(xué)進(jìn)展，2014，26（2/3）：234-247.

［7]Li Yizhao， Cao Yali， Xie Jing， Jia Dianzeng， Qin Haiyu，Liang Zhiting. Facile solid-state synthesis of Ag/graphene oxide nanocomposites as highly active and stable catalyst for the reduction of 4-nitrophenol［J］. Catalysis Communications，2015（58）： 21-25.

［8]梁宇寧，黃智，覃思晗，等. Cu2O光催化降解水中對(duì)硝基苯酚的研究［J］. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4（10）：36-39.

Degradation of 4-Nitrophenol by Iron Powder Washed with Acid

XU Yang， MA Fang-pei， ZANG Ya-nan， ZHANG Ling-xia， ZHOU Hui-min， CAI Ke-ying
（School of Chemistry and Chemical Engineering， Xuzhou Institute of Technology， Xuzhou 221111， China）

Iron washed with acid was used to degrade 4-nitrophenol （4-NP）. The effects of acid kind， acid concentration and iron dosage were investigated. The results showed that degradation of 4-NP could be promoted by washing iron with acid. Among the 3 kinds of acids， sulfuric acid， hydrochloric acid and nitric acid， hydrochloric acid had the best effect. The suitable concentration of hydrochloric acid was 0.1 mol/L.

iron powder； degradation； 4-nitrophenol

X 703.1

A

1671-9905（2016）06-0056-02

通訊聯(lián)系人：蔡可迎（1970-），男，江蘇沛縣人，副教授，主要研究方向?yàn)橛袡C(jī)中間體的合成。E-mail：caikeying@163.com

2016-04-13