酸洗铁粉降解对硝基苯酚的研究

徐 阳，马方沛，张亚南，张凌霞，周慧敏，蔡可迎

酸洗铁粉降解对硝基苯酚的研究

徐 阳，马方沛，张亚南，张凌霞，周慧敏，蔡可迎

（徐州工程学院化学化工学院，江苏 徐州 221111）

还原铁粉用稀酸淋洗后用于还原对硝基苯酚（4-NP）。考察了酸种类、酸浓度和铁粉用量对反应的影响，结果表明，用硫酸、盐酸和硝酸处理铁粉后，其还原效果均得到提高，其中用盐酸处理的铁粉效果最好。用不同浓度的盐酸处理铁粉，其中用0.1mol·L-1盐酸处理的效果最好。

铁粉；降解；对硝基苯酚

对硝基苯酚（4-NP）大量存在于工业废水中，其毒性较强，难降解，难以治理。目前，国内处理含4-NP废水的主要方法有吸附法［1］、生物降解［2］、超声降解［3］、氧化降解［4］和还原降解［5-6］等。吸附法、生物降解和超声降解的效率较低；氧化降解操作较复杂；还原降解法中多以硼氢化钠为还原剂，在金［6］、银［7］等金属催化下将4-NP还原为对氨基苯酚（4-AP）。4-AP的毒性较小，且在环境中易降解，因此还原法能有效去除4-NP。由于硼氢化钠和贵金属的价格均较高，所以此法成本较高。以铁屑为还原剂直接还原4-NP的成本较低，但是这方面的研究较少。我们研究了用酸处理的还原铁粉对4-NP的降解性能，得到了较好的结果。

1 实验

图1 4-NP的标准曲线Figure 1 Standard curve of 4-NP

1.1 试剂与仪器

还原铁粉（AR），盐酸（37%，AR），浓硫酸（98%，AR），硝酸（65%～68%，AR），4-NP（AR），自制去离子水。

T6型紫外-可见分光光度计（UV-vis）。

1.2 铁粉的处理

配制不同浓度的酸溶液，用氢氧化钠标准溶液标定后备用。称取1.5g还原铁粉放入50mL的烧杯中，快速加入10mL的酸，搅拌5～10s，快速抽滤，用蒸馏水洗涤至中性直接使用。

1.3 4-NP的降解

将500mg·L-1的对硝基苯酚溶液50mL倒入三口烧瓶中，加入0.186g KCl和刚洗涤过的铁粉。开动搅拌，并定时取样，用紫外-可见分光光度计测定样品的吸光度，根据318nm处吸光度的变化确定反应进程［8］。

1.4 数据处理

配制不同浓度的4-NP溶液，并分别测定其在318nm处的吸光度，作吸光度-浓度图，并对各点进行拟合，结果见图1。根据图1可知吸光度和浓度之间具有线性关系，符合线性方程A=0.0396c+0.0203 （R2=0.9935）。根据此方程可计算不同吸光度对应的浓度，再根据浓度变化计算降解率。

2 结果与讨论

2.1 不同酸处理铁粉对降解效果的影响

分别用浓度均为0.2mol·L-1的盐酸、硫酸和硝酸洗涤铁粉，并考察其降解4-NP的性能，结果见图2。由图2可知，随着反应的进行，4-NP的降解率均明显提高，其中用盐酸处理的铁粉效果最好，反应40min，4-NP的降解率接近100%。其次是用硫酸和硝酸处理的铁粉，二者效果接近，反应40min，4-NP的降解率约为90%。未用酸处理的铁粉效果最差，反应40min，4-NP的降解率约为71%。

图2 不同酸洗铁粉的降解效果Figure 2 Effects of iron washed with several acids on degradation of 4-NP

2.2 不同浓度盐酸处理铁粉对降解效果的影响

图3 不同浓度盐酸处理铁粉对降解的影响Figure 3 Effects of iron washed with different concentration of HCl on degradation

反应时间均为30min，铁粉用量均为0.15g，进一步考察了用不同浓度盐酸处理铁粉的效果，结果见图3。由图3可知，用0.1mol·L-1的盐酸处理的铁粉效果最好，浓度过低或过高效果均不好。用酸处理铁粉可以除掉表面的氧化物，使活性较高的铁裸露出来，加速反应。浓度较低的酸不能完全去除铁粉表面的氧化物，使其活性较低；浓度较高的酸除了能洗掉表面的氧化物，还会和部分铁单质发生反应，使其表面变得光滑，导致活性降低。可见，用0.1mol·L-1的盐酸处理铁粉是适宜的。

2.3 铁粉用量对反应的影响

用0.1 mol·L-1盐酸处理铁粉，反应时间为25min，考察铁粉用量对反应的影响，结果见图4。由图4可知，4-NP的降解率随着铁粉用量的增加而增加。但在不同阶段4-NP的增加幅度不同，铁粉用量较少时，增加铁粉用量4-NP 降解率显著增加；铁粉用量较多时，增加铁粉用量4-NP的降解率增加幅度较小。因此，要根据情况确定铁粉的用量以提高降解效率。

图4 铁粉用量对反应的影响Figure 4 Effects of iron amount on degradation

3 结论

用酸快速洗涤还原铁粉后，可显著提高其降解4-NP的能力。在硫酸、盐酸和硝酸中，用盐酸处理铁粉的效果好于硫酸和硝酸。用不同浓度的盐酸处理铁粉效果不同，用0.1mol·L-1盐酸处理铁粉的效果较好。

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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

通讯联系人：蔡可迎（1970-），男，江苏沛县人，副教授，主要研究方向为有机中间体的合成。E-mail：caikeying@163.com

2016-04-13