碱性条件下双氧水处理甲醛废水的研究

武志富，石云峰，李营慧，李如楠，王雪洋

(安阳师范学院 化学与化工学院, 河南 安阳 455000)



碱性条件下双氧水处理甲醛废水的研究

武志富，石云峰，李营慧，李如楠，王雪洋

(安阳师范学院 化学与化工学院, 河南 安阳 455000)

[摘要]通过单因子最优水平实验确定了碱性环境下双氧水处理含甲醛废水的最佳条件。实验证明：双氧水的浓度、碱的浓度、反应时间和反应温度对结果都有影响。总结了最佳的工艺条件。

[关键词]碱性环境；双氧水；甲醛废水

1引言

甲醛又名蚁醛，是一种重要的化工原料，应用十分广泛，大量应用于合成纤维、医药、皮革、油漆、染料和木材加工等行业[1]。但是其具有较强的生物毒性，被列为1类致癌物质，工业生产中含甲醛的废水若随意排放，会造成很严重的环境污染和生态破坏[2]。目前，处理这类废水的方法主要有化学反应法[3]、物理吸附法[4]和微生物降解法[5]。双氧水是一种广泛使用成本低廉的化学试剂，其发生反应时氧化产物为水，无毒无味，绿色环保。因此作为处理含有甲醛的废水是理想的。本研究拟探讨其操作的最佳工艺条件和行之有效的简便方法。

2实验部分

2.1主要试剂与仪器

主要试剂：双氧水溶液(30%，优级纯，天津市精细化工有限公司)；甲醛(37%—40%，分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司)；乙酰丙酮(分析纯，天津市大茂化学试剂厂)；冰醋酸(分析纯，天津市北方化玻购销中心)；乙酸铵(分析纯，天津市化学试剂批发公司)；氢氧化钠片状(分析纯，天津市北方医化学试剂厂)。主要仪器：电热恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器厂)、紫外可见分光光度计(美国VARIAN公司 cary50型)

2.2氧化处理实验

取50mL模拟甲醛废水(含甲醛804mg/L)于100mL烧杯中，置于电热恒温水浴锅中搅拌加热至反应所需温度，加入适量的氢氧化钠，再加入双氧水溶液，最后加入配置好的乙酰丙酮溶液间接测定反应最后剩余的甲醛含量。

2.3测定实验

甲醛含量测定采用乙酰丙酮分光光度法(GB13197-91)进行；用水吸收甲醛，甲醛在铵盐存在的条件下与乙酰丙酮作用，生成黄色的3,5-二乙酰基-1,4-二氢卢锡啶；在波长414 nm下用紫外分光光度计测定吸光度。乙酰丙酮溶液的配置：取25.6404g乙酸铵、3mL乙酸和0.25mL乙酰丙酮定容于100mL容量瓶中。

3结果与讨论

3.1单因子最优水平实验

双氧水作为该反应的氧化剂，决定着该反应的最后结果;氢氧化钠即要催化反应的进行，又要中和反应产生的酸性物质，控制着反应的条件；反应温度影响着该反应的速率和能耗；反应时间影响的是该反应能否进行完全。因此，该反应应该按照双氧水的浓度、氢氧化钠的浓度、反应时间和反应温度一一进行讨论。

3.1.1双氧水浓度的影响

取2ml 3g/L的氢氧化钠，在反应温度为20℃，反应时间为25min，改变双氧水的浓度(分别为6%、10%、20%、30%)，实验结果如图1。由图1可知：双氧水的浓度控制着反应的氧化效果，初始甲醛废水的浓度为804mg/L，结合经济、成本因素，双氧水的浓度为10% 时去除率最好，30% 的双氧水使溶液中的甲醛含量又上升了，可能是双氧水的浓度过高，影响了甲醛与乙酰丙酮溶液的结合。

图1　双氧水的浓度对甲醛去除率的影响(a：0%， b：30%， c：20%， d： 6%; e：10%)

3.1.2氢氧化钠浓度的影响

图2　氢氧化钠的浓度对甲醛去除率的影响(a：0，b：2g/L，c：3g/L，d：7g/L，e：4g/L，f： 5g/L ，g：6g/L)

固定反应温度为20℃，双氧水的浓度为10%，反应时间为25分钟，改变氢氧化钠的浓度，分别为2g/L、3g/L、4g/L、5g/L、6g/L、7g/L；测定结果如下图2所示。通过实验可以得知，该反应需要在碱性条件下完成，反应的生成物为酸性物质，它消耗了氢氧化钠；对照试验(未加氢氧化钠)证明，该反应需要在碱性条件下完成，碱性过高，可能影响双氧水与甲醛废水的氧化还原反应；图2 反映出来的去除率，选择氢氧化钠的浓度为 6g/L为宜。

3.1.3反应温度

在双氧水的浓度为10%，氢氧化钠的浓度为6g/L，反应时间为45 min，温度分别设置为10℃、20℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃；由图3可见，随着温度的升高，有利于甲醛的去除，但是温度过高，导致甲醛的去除率降低，这应该是温度升高，导致甲醛的挥发和双氧水的分解。从图3可以看出，最佳反应温度为35℃。

图3　反应温度对甲醛去除率的影响(a：15℃， b：25℃、c：35℃、d ：45℃，e： 55℃， f：65℃， g： 75℃)

3.1.4反应时间

图 4　反应时间对甲醛去除率的影响(a：15min， b：55min， c：25min，d：35min，e：45min)

通过前三个实验，可以得出最佳的双氧水浓度为10%，氢氧化钠的浓度为6g/L，反应时间分别采用15分钟、25分钟、35分钟、45分钟、55分钟，测定模拟废水中甲醛的含量；如图4所示，反应45分钟吸光度最小，试剂对甲醛的去除率最好。

4结论

经正交试验总结出最佳的工艺条件如下：双氧水的浓度为10%，氢氧化钠的浓度为6g/L，反应时间为 45分钟，反应温度为35℃, 模拟甲醛废水中甲醛的含量为804mg/L时，甲醛去除率可以达到93%，用此工艺处理实际甲醛废水时得到了良好的结果。

[参考文献]

[1]范丹丹,沈筱彦,邵楠,等.甲醛废水处理技术研究进展[J].当代化工,2015,44(3):516-519.

[2]杨翔宇,刘南,朱悦,等.碱式双氧水处理甲醛废水的研究[J].吉林师范大学学报(自然科学版)，2010，3(3):43-45.

[3]李兴波，刘雷，张伶，等.石灰法处理甲醛废水工艺研究[J].山东化工，2015,44(1):151-153.

[4]左卫元，海娟，史兵方，等.改性活性炭对废水中甲醛的吸附研究[J].山东化工，2015,1(2):188-192.

[5]陈飞龙,陈琼，刘金,等.固定化微生物在三相流化床中降解甲醛废水的研究[J].山东农业大学学报,2015,doi:10,39-69.

[5]王晓囡，赵慧，等.光电催化氧化法降解废水的研究[J].工业水处理，2011,31(05):62-66.

[8]田文莉,杨江山，等.乙酰丙酮分光光度法检测亚单位流感疫苗中的甲醛含量[J].中国生物制品学杂志，2012,11(04):19-22.

[责任编辑：江雪]

Treatment on Formaldehyde Wastewater by Hydrogen Peroxide Oxidation in Alkline Environment

WU Zhi-fu，SHI Yun-feng，LI Ying-8hui，LI Ru-nan，WANG Xue-yang

(School of Chemistry & Chemical Engineering, Anyang Normal University,Anyang 455000,China)

Abstract:The optimized conditions of basic hydrogen peroxide oxidation is determined by single-factor tests .It shows that the final oxidation effect can be influenced by concentration of hydrogen peroxide to formaldehyde, alkalinity ,reaction time and temperature. The optimizing conditions are summarized in this paper.

Key words:Alkaline condition; Hydrogen peroxide; Wastewater containing formaldehyde

[收稿日期]2015-10-18

[基金项目]国家自然科学基金(21304001)资助；安阳师范学院2015年大学生创新创业训练项目基金资助。

[作者简介]武志富(1967-)，男，博士，副教授，主要从事环境污染治理研究。

[中图分类号]X52

[文献标识码]A

[文章编号]1671-5330(2016)02-0035-03