Fenton试剂氧化机理与在水处理中的应用现状.doc

Fenton试剂氧化机理及应用 齐建华 摘 要： Fenton试剂的探讨了Fenton试剂的氧化作用机理，分析了Fenton氧化的主要影响因素，Fenton氧化在水处理中的Fenton氧化关键词：Fenton；； 1 概述 1894年H2O2 在Fe2+ 离子的催化作用下具有氧化多种有机物的能力。过氧化氢与亚铁离子的结合即为Fenton试剂其中Fe2 + 离子主要是作为同质催化剂，而H2O2 则起氧化作用。Fenton试剂具有极强的氧化能力，特别适用于某些难的或对生物有毒性的工业废水的处理上，所Fenton氧化法越来越受到人们的广泛关注[1]。 自20世纪60年代以来，Fenton试剂开始用于废水处理。1964年，Eisnhaner用此试剂处理ABS废水ABS的去除率高达99%1968年Ensiov[2]利用Fenton试剂处理苯类废水，TOC去除率达到90％以上。研究表明，Fenton试剂几乎可以氧化所有的有机物，传统废水处理技术无法去除的难降解有机物能被Fenton试剂氧化而去除。同时Fenton试剂中用到的FeSO4 和H2O2 都是常见的廉价药品。因此，Fenton法处理废水具有巨大的应用和研究价值[1，，]。下面将详细阐述Fenton系统的氧化机理、主要影响因素及其在废水处理中的应用。 2 Fenton试剂的氧化机理 Jeseph 指出Fe2+ 和Fe3+ 都能与H2O2反应。Fenton试剂反应过程如下 (1)H2O2 + Fe2+ →·OH + Fe3+ + OH- (2)Fe2+ + ·OH →Fe3+ + OH- 　 　　其中，产生·OH 的反应步骤(1) 控制了整个反应的速度·OH通过反应方程(2) 与有机物反应而逐渐被消耗。 Fe3+能催化降解H2O2使之变成O2和H2O自由基链机理指出对于单一的Fe3+系统(即除水外没有其他的络合物配位基)将产生·OH和HO2-。反应方程除(1) 、(2) 外，还有以下几个步骤： (3) H2O2 + Fe3+ →FeOOH2+ + H+ (4) Fe-OOH2+ →HO2·+ Fe2 (5)HO2·+ Fe2+ →Fe3+ + HO2- (6)HO2 + Fe3+ →Fe2+ + O2 + H+ (7)·OH + H2O2 →HO2·+ H2O 　　当H2O2 过量时，由于反应方程(4)的反应速度远比反应方程(1) 的反应速度慢，所以[ Fe2+ ]与[ Fe3+ ] 的关系不大。反应方程(7) 指出了·OH消耗的另一途径。通过分离有机化合物中的H、填充未饱和的C - C键，羟基·OH能不加选择地同大多数有机物迅速反应和·OH比较起来HO2- 的反应活性微弱许多，而与之配对的O2·-几乎没有活性。当有O2 存在时，·OH与有机物反应产生的以碳为中心的自由基会与O2反应，产生ROO·自由基，并最终变成氧化产物。除此之外，许多人提出了不同的Fe2+PH2O2 反应途径和中间产物。Kan提出Fenton 反应产生被水包围并与Fe3+ 疏松连接的·OH它能氧化大多数有机物。DAVIDA很多研究提到高价铁-氧中间产物，如FeO3 +，(L) Fe4 = O (L·+ ) Fe4 = O，L为有机络和物，(L·+ )为带一个电荷的有机络和氧化物[]。 DAVIDA[2]的研究指出，Fenton反应产生亚铁离子H2O2反应产生铁水络和物。 (8) [ Fe (H2O) 6 ]3 + + H2O ─→ [ Fe (H2O) 5OH]2+ + H3O+ 　　 (9) [ Fe (H2O) 5OH]2 + + H2O ─→ [ Fe (H2O)4(OH)2 ] + H3O+ 当pH 为3～7 时， 上述络和物变成： (10) 2 [ Fe (H2O) 5OH]2 + ─→ [ Fe (H2O) 8 (OH) 2 ]4 + + 2H2O　 (11) [ Fe (H2O) 8 (OH) 2 ]4 + + H2O ─→[ Fe2 (H2O) 7 (OH) 3 ]3 + + H3O+ (12) [ Fe2 (H2O) 7 (OH) 3 ]3 + + [ Fe (H2O) 5OH]2 + →[ Fe3 (H2O) 7 (OH) 4 ]5 + + 2H2O 　 以上反应方程式Fenton试剂。Sheng H. Lin[]的研究表明， Fenton 试剂所具有的这种絮凝沉淀功能是Fenton试剂降解COD的重要组成部分。 3 Fenton试剂处理效率的影响因素 3.1 pH值 因为Fe2+ 在溶液中的存在形式受制于溶液的pH值，所以Fenton试剂只在酸性条件下发生作用，在中性和碱性环境中，Fe2+不能催化H2O2产生·OH。研究者普遍认为当pH值在2～4范围内时，废水处理效