芬頓反應

1、Fenton試劑的發(fā)展及在廢水處理中的應用試劑的發(fā)展及在廢水處理中的應用0.概述概述1894年，法國人HJHFenton發(fā)現(xiàn)采用Fe2H2O2體系能氧化多種有機物。后人為紀念他將亞鐵鹽和過氧化氫的組合稱為Fenton試劑，它能有效氧化去除傳統(tǒng)廢水處理技術無法去除的難降解有機物，其實質是H2O2在Fe2的催化作用下生成具有高反應活性的羥基自由(?OH)。?OH可與大多數(shù)有機物作用使其降解。隨著研究的深入又把紫外光(UV)、草酸鹽(C2O4

2、2)等引入Fenton試劑中使其氧化能力大大增強。從廣義上說Fenton法是利用催化劑、或光輻射、或電化學作用，通過H2O2產(chǎn)生羥基自由基(?OH)處理有機物的技術。近年來，越來越多的研究者把Fenton試劑同別的處理方法結合起來，如生物處理法、超聲波法、混凝法、沉淀法，活性炭法等，從發(fā)展歷程來看，F(xiàn)enton法基本上是沿著光化學，電化學和其它方法聯(lián)用三條路線向前發(fā)展的。1.標準標準Fenton法Fenton試劑的實質是二價鐵離子(Fe

3、2)和過氧化氫之間的鏈反應催化生成OH自由基，具有較強的氧化能力，其氧化電位僅次于氟，高達2.80V，另外羥基自由基具有很高的電負性或親電性其電子親和能力達569.3kJ具有很強的加成反應特性，因而Fenton試劑可無選擇氧化水中的大多數(shù)有機物，特別適用于生物難降解或一般化學氧化難以湊效的有機廢水的氧化處理，F(xiàn)enton試劑在處理有機廢水時會發(fā)生反應產(chǎn)生鐵水絡合物主要反應式如下[1]:[Fe(H2O)6]3H2O→[Fe(H2O)5OH

4、]2H3O[Fe(H2O)5OH]2H2O→[Fe(H2O)4(OH)2]H3O當pH為3~7時上述絡合物變成:2[Fe(H2O)5OH]2→[Fe(H2O)8(OH)2]42H2O[Fe(H2O)8(OH)2]4H2O→[Fe2(H2O)7(OH)3]3H3O[Fe2(H2O)7(OH)3]3[Fe(H2O)5OH]2→[Fe3(H2O)7(OH)4]55H2O以上反應方程式表達了Fenton試劑所具有的絮凝功能。Fenton試劑所具

5、有的這種絮凝沉淀功能是Fenton試劑降解CODcr的重要組成部分，可以看出利用Fenton試劑處理廢水所取得的處理效果，并不是單純的因為羥基自由基的作用，這種絮凝沉降功能同樣起到了重要的作用。普通Fenton法在黑暗中就能破壞有機物，具有設備投資省的優(yōu)點，但其存在兩個致命的缺點：一是不能充分礦化有機物，初始物質部分轉化為某些中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)或與Fe3形成絡合物，或與?OH的生成路線發(fā)生競爭，并可能對環(huán)境造成的更大危害；二是H2O2

6、的利用率不高，致使處理成本很高。利用Fe(Ⅲ)鹽溶液可溶性鐵，鐵的氧化礦物(如赤鐵礦針鐵礦等)，石墨，鐵錳的氧化礦物同樣可使H2O2催化分解產(chǎn)生?OH，達到降解有機物目的，以這類催化劑組成的Fenton體系成為類Fenton體系，如用Fe3代替Fe2由于Fe2是即時產(chǎn)生的，減少了?OH被Fe2還原的機會，可提高?OH的利用效率。若在Fenton體系中加入某些絡合劑(如C2O42、EDTA等)可增加對有機物的去除率。KuoWG.[2]采用

7、Fenton試劑進行染料的脫色處理，在PH＝3.5的條件下，使CODcr的平均3.電Fenton該法綜合了電化學過程和Fenton氧化過程充分利用了二者的氧化能力。電Fenton技術相對與傳統(tǒng)Fenton具有如下優(yōu)點[8]：（1）自動產(chǎn)生H2O2的機制較完善；（2）噴灑在陰極上的氧氣或空氣可提高反應溶液的混和作用；（3）Fe2可由陰極再生，污泥常量少；（4）有機物降解因素多，羥基自由基?OH的間接氧化，陽極的直接氧化，電混凝和電絮凝。電

8、Fenton法可以分為以下幾種：3.1陰電極法即EFH2O2法此法是把氧氣噴到電解池的陰極上還原為H2O2，H2O2與加入的Fe2發(fā)生反應，體系中的氧氣可以通過曝氣或H2O在陽極的氧化產(chǎn)生，陰電極法具有有機物降解徹底，不易產(chǎn)生中間毒害物，不用投加H2O2，能夠有效的再生亞鐵離子等特點，但其反應要求較高的酸度，同時由于目前所用陰極材料的限制，在酸性條件下產(chǎn)生的電流小，不適合處理高濃度污水。3.2陽電極法即EFFeox法，又稱犧牲陽極法通過

9、陽極氧化產(chǎn)生的Fe2與加入的H2O2進行Fenton反應。由陽極溶解出的Fe2和Fe3可水解成Fe(OH)2和Fe(OH)3，對水中的有機物具有很強的混凝作用可以實時的控制H2O2和Fe2的配比，從而達到較高的反應速率，其去除效果好于陰電極法，但需外加H2O2，能耗較大，成本高。3.3FSR法即Fenton污泥循環(huán)系統(tǒng)，又稱Fe3循環(huán)法。該系統(tǒng)包括一個Fenton反應器和一個將Fe(OH)3轉化成Fe2的電池，可以加速Fe3向Fe2的轉

10、化，提高?OH產(chǎn)率過量鐵離子進行混凝沉淀，但pH必須小于1。3.4EFFere法是FSR法的改進，去掉了Fenton反應器直接在電池裝置中發(fā)生Fenton反應其pH操作范圍(小于2.5)和電流效率均大于FSR法。3.5電光Fenton法，即UV－CFEF中，目前UVFenton法廣泛應用于有機廢水的處理，電和UV同時與Fenton試劑相作用可以同時產(chǎn)生Fe2和OH，提高難降解有機物的去除律和Fe2的再生，但存在UV光源的穿透率低，光源裝

11、置易污染等缺點。ZuchengWu[9]等以氟化樹脂修飾的β－PbO2、陶瓷作陽極Ni－Cr－Ti合金作陰極，研究表明空氣流量、Fe2濃度、電流密度對苯酚的降解都有很大的影響。在最佳的實驗條件下苯酚的去除率可達100％。HsiaoY等[10]用流化床電解器(通過其Pt陽極上產(chǎn)生的Fe3、O2可在RVC陰極上被還原而生成H2O2、Fe2)處理了含氯苯和酚的廢水，該系統(tǒng)無需在陰極上噴射O2，降低了處理成本。陳衛(wèi)國［11］等用電催化法處理了苯

12、酚、苯胺、鄰苯二甲酸二甲脂廢水，證實了在電催化過程中活性物種H2O2和?OH的存在，有機物的去除率關鍵在于體系中產(chǎn)生活性物種的量，H2O2的產(chǎn)量受到槽電壓和pH值等因素的影響，堿性條件下更有利于H2O2的生成。陳震等［12］用多孔石墨作陰極金屬鐵作陽極以Na2SO4為支持電解質對酸性鉻藍模擬水樣進行降解CODcr去除率大于80％脫色率達100％。HsiaoY等[13]用EFFenton法對氯苯和酚進行處理其氧化去除率明顯高于普通Fent