关于Ｆｅｎｔｏｎ试剂在有机废水处理中的研究(一)

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【论文关键词】：难降解有机物；Fenton；羟基自由基
　　【论文摘要】:文章阐述了用Fenton试剂处理难降解污染物的现状和进展，简单介绍了其应用及原理。利用Fenton试剂去除水体中难降解、稳定性强且毒性大的有机污染物。

　　1894年,化学家Fenton首次发现有机物在(H2O2)与Fe2+组成的混合溶液中能被迅速氧化，并把这种体系称为标准Fenton试剂，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分明显[1]。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂，特别适用于某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理。
　　
　　1.Fenton试剂降解有机物的机理
　　
　　Fenton试剂之所以具有非常高的氧化能力，是因为在Fe2+离子的催化作用下H2O2的分解活化能低(34.9kJ/mol)，能够分解产生羟基自基OH・。同其它一些氧化剂相比，羟基自由基具有更高的氧化电极电位，因而具有很强的氧化性能[2]。
　　
　　2.Fenton试剂的影响因素
　　
　　Fenton试剂处理难降解有机废水的影响因素根据上述Fenton试剂反应的机理可知,OH・是氧化有机物的有效因子,而[Fe2+]、[H2O2]、[OH]决定了OH・的产量,因而决定了与有机物反应的程度。影响Fenton试剂处理难降解难氧化有机废水的因素包括pH值、H2O2投加量、催化剂投加量和反应温度[3]等。
　　2.1pH值
　　Fenton试剂是在pH是酸性条件下发生作用的,在中性和碱性环境中,Fe2+不能催化H2O2产生OH・。按照经典的Fenton试剂反应理论,pH值升高不仅抑制了OH・的产生,而且使溶液中的Fe2+以氢氧化物的形式沉淀而失去催化能力。当pH值过低时,溶液中的H+浓度过高,Fe3+不能顺利地被还原为Fe2+,催化反应受阻。即pH值的变化直接影响到Fe2+、Fe3+的络合平衡体系,从而影响Fenton试剂的氧化能力。一般废水pH在3左右，降解率较高。
　　2.2H2O2投加量
　　采用Fenton试剂处理废水的有效性和经济性主要取决于H2O2的投加量。一般地,随着H2O2用量的增加,有机物降解率先增大,而后出现下降。
　　2.3催化剂投加量
　　FeSO4・7H2O是催化H2O2分解生成羟基自由基(OH・)最常用的催化剂。与H2O2相同,一般情况下,随着Fe2+用量的增加,废水COD的去除率先增大,而后呈下降趋势。其原因是:在Fe2+浓度较低时,Fe2+的浓度增加,单位量H2O2产生的OH・增加,所产生的OH・全部参与了与有机物的反应;当Fe2+的浓度过高时,部分H2O2发生无效分解,释放出O2。
　　2.4反应温度
　　对于一般的化学反应，随着反应温度的升高，反应物分子平均动能增大，反应速率加快。对于Fenton反应系统，温度升高，OH・的活性增大，有利于OH・与废水中有机物的反应，可提高废水COD的去除率；当温度过高时，会促使H2O2分解为O2和H2O，不利于OH・的生成，反而会降低废水COD的去除率。
　　
　　3.Fenton试剂与其他方法的联用
　　
　　为进一步提高对有机物的去除效果，以标准Fenton试剂为基础，通过改变和耦合反应条件，改善反应机制，得到了一系列机理相似的类Fenton试剂，如光-Fenton试剂、电-Fenton试剂和混凝-Fenton试剂等。
　　3.1光Fenton法
　　3.1.1UVFenton法
　　当有光辐射(如紫外光、可见光)时,Fenton试剂氧化性能有很大的改善。UVFenton法也叫光助Fenton法,是普通Fenton法与UVH2O2两种系统的复合,与该两种系统相比,其优点在于降低了Fe2+用量,提高了H2O2的利用率。这是由于Fe3+和紫外线对H2O2的催化分解存在协同效应。该法存在的主要问题是太阳能利用率仍然不高,能耗较大,处理设备费用较高。