苯酚的光降解速率常数

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 H 2 O 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 510nm 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)恒温水浴槽。 (3)电动搅拌机。 （4) 高压汞灯：400 W。

2、试剂

(1)苯酚标准储备液：1000 mg/L。

(2)50mg/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 NH 4 Cl 溶于100 mL 浓NH 3 ·H 2 O 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% H 2 O 2 溶液：取浓H 2 O 2 溶液3.0mL 稀释至250mL 。 (7)待降解苯酚溶液：取1000mg/L 的苯酚标准储备液10.0mL 于500mL 容量 瓶中，用二次水稀释至刻度，摇匀待用。

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 2.50mL 于25mL 容量瓶中，加少量二次水，然后加人0.5mL 缓冲溶液，1.0mL 4-氨基安替比林溶液，混匀。再加人 1.0mL 铁氰化钾溶液，彻底混匀。最后用二次水定容至25mL ，放置15min 后，在分光光度计上，于510nm 波长处，用1cm 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，定温在20℃。

②将待降解的苯酚溶液置于1000mL 烧杯中，加入4.0 ml 0.36%的H 2 O 2 溶 液，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恒温槽中，在汞灯照射下进行实验。每隔 10min 取一次样，每次取5.0mL ，共取 11 次样（即分别在t ＝0、10、20、30min 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另取两份5mL 的待降解的苯酚溶液直接加入浓H 2O 2 0.2mL ，分别反应10min 和30min 后，倒入25mL 容量瓶，按照与步骤1 相同的方法测定吸光度。

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。 （1）标准曲线（杯差=0.002）

作图得：

（2）实验结果数据

绘制Ln （c 0/c）~ t的关系曲线：

① 高压汞灯光解苯酚：

由关系曲线得：Ln （c 0/c）=0.008t +1.5946，则 k ’= 0.008。 ② 浓H 2O 2 分解苯酚

由关系曲线得：Ln （c 0/c）=0.0359t + 3.5284，k ’= 0.0359。

六、思考题

1、讨论实验过程中出现的现象。

答：（1）经过高压汞灯的照射下，装有苯酚溶液的烧杯发热，这可能是苯酚经过高压汞灯的照射后，发生分解反应放出热量。

（2）加入缓冲液、4—氨基安替比林和铁氰化钾溶液后，溶液变成玫瑰红色，原因是在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。

（3）光照时间越长，加入试剂后的溶液颜色越浅，因为光照时间越长，苯酚分解越完全，溶液中的苯酚越少，因此反应后颜色越浅。

2、本实验所用高压汞灯的光谱有何特征？

答：高压汞灯主要辐射的是404.7nm 、435.8nm 、546.1nm 和577.0～

579.0nm 的可见谱线, 此外还辐射较强的365.0nm 的长波紫外线。 3、研究苯酚的光降解有何实际意义？

答：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，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。光降解法法具有选择性好, 适用范围广, 可在常温、常压下进行等优点, 特别适用于无法或很难进行生物降解的污染物的治理，能够彻底降解废水中的苯酚，无二次污染，设备简单，投资少，效果好。