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Fenton試劑在有機(jī)廢水處理中的研究工學(xué)論文
【摘要】:文章闡述了用Fenton試劑處理難降解污染物的現(xiàn)狀和進(jìn)展，簡(jiǎn)單介紹了其應(yīng)用及原理。利用Fenton試劑去除水體中難降解、穩(wěn)定性強(qiáng)且毒性大的有機(jī)污染物。
【關(guān)鍵詞】：難降解有機(jī)物；Fenton；羥基自由基
1894年,化學(xué)家Fenton首次發(fā)現(xiàn)有機(jī)物在(H2O2)與Fe2+組成的混合溶液中能被迅速氧化，并把這種體系稱為標(biāo)準(zhǔn)Fenton試劑，可以將當(dāng)時(shí)很多已知的有機(jī)化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無(wú)機(jī)態(tài)，氧化效果十分明顯[1]。Fenton試劑是由H2O2和Fe2+混合得到的一種強(qiáng)氧化劑，特別適用于某些難治理的或?qū)ι镉卸拘缘墓I(yè)廢水的處理。
1.Fenton試劑降解有機(jī)物的機(jī)理
Fenton試劑之所以具有非常高的氧化能力，是因?yàn)樵贔e2+離子的催化作用下H2O2的分解活化能低(34.9kJ/mol)，能夠分解產(chǎn)生羥基自基OH·。同其它一些氧化劑相比，羥基自由基具有更高的氧化電極電位，因而具有很強(qiáng)的氧化性能[2]。
2.Fenton試劑的影響因素
Fenton試劑處理難降解有機(jī)廢水的影響因素根據(jù)上述Fenton試劑反應(yīng)的機(jī)理可知,OH·是氧化有機(jī)物的有效因子,而[Fe2+]、[H2O2]、[OH]決定了OH·的產(chǎn)量,因而決定了與有機(jī)物反應(yīng)的程度。影響Fenton試劑處理難降解難氧化有機(jī)廢水的因素包括pH值、H2O2投加量、催化劑投加量和反應(yīng)溫度[3]等。
2.1pH值
Fenton試劑是在pH是酸性條件下發(fā)生作用的,在中性和堿性環(huán)境中,Fe2+不能催化H2O2產(chǎn)生OH·。按照經(jīng)典的Fenton試劑反應(yīng)理論,pH值升高不僅抑制了OH·的產(chǎn)生,而且使溶液中的Fe2+以氫氧化物的形式沉淀而失去催化能力。當(dāng)pH值過(guò)低時(shí),溶液中的H+濃度過(guò)高,Fe3+不能順利地被還原為Fe2+,催化反應(yīng)受阻。即pH值的變化直接影響到Fe2+、Fe3+的絡(luò)合平衡體系,從而影響Fenton試劑的氧化能力。一般廢水pH在3左右，降解率較高。
2.2H2O2投加量
采用Fenton試劑處理廢水的有效性和經(jīng)濟(jì)性主要取決于H2O2的投加量。一般地,隨著H2O2用量的增加,有機(jī)物降解率先增大,而后出現(xiàn)下降。
2.3催化劑投加量
FeSO4·7H2O是催化H2O2分解生成羥基自由基(OH·)最常用的催化劑。與H2O2相同,一般情況下,隨著Fe2+用量的增加,廢水COD的去除率先增大,而后呈下降趨勢(shì)。其原因是:在Fe2+濃度較低時(shí),Fe2+的濃度增加,單位量H2O2產(chǎn)生的OH·增加,所產(chǎn)生的OH·全部參與了與有機(jī)物的反應(yīng);當(dāng)Fe2+的濃度過(guò)高時(shí),部分H2O2發(fā)生無(wú)效分解,釋放出O2。
2.4反應(yīng)溫度
對(duì)于一般的化學(xué)反應(yīng)，隨著反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)物分子平均動(dòng)能增大，反應(yīng)速率加快。對(duì)于Fenton反應(yīng)系統(tǒng)，溫度升高，OH·的活性增大，有利于OH·與廢水中有機(jī)物的反應(yīng)，可提高廢水COD的去除率；當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)促使H2O2分解為O2和H2O，不利于OH·的生成，反而會(huì)降低廢水COD的去除率。
3.Fenton試劑與其他方法的聯(lián)用
為進(jìn)一步提高對(duì)有機(jī)物的去除效果，以標(biāo)準(zhǔn)Fenton試劑為基礎(chǔ)，通過(guò)改變和耦合反應(yīng)條件，改善反應(yīng)機(jī)制，得到了一系列機(jī)理相似的類Fenton試劑，如光-Fenton試劑、電-Fenton試劑和混凝-Fenton試劑等。
3.1光Fenton法
3.1.1UVFenton法
當(dāng)有光輻射(如紫外光、可見(jiàn)光)時(shí),Fenton試劑氧化性能有很大的改善。UVFenton法也叫光助Fenton法,是普通Fenton法與UVH2O2兩種系統(tǒng)的復(fù)合,與該兩種系統(tǒng)相比,其優(yōu)點(diǎn)在于降低了Fe2+用量,提高了H2O2的利用率。這是由于Fe3+和紫外線對(duì)H2O2的催化分解存在協(xié)同效應(yīng)。該法存在的主要問(wèn)題是太陽(yáng)能利用率仍然不高,能耗較大,處理設(shè)備費(fèi)用較高。 3.1.2UV-vis草酸鐵絡(luò)合物H2O2法
當(dāng)有機(jī)物濃度高時(shí),被Fe3+絡(luò)合物所吸收的光量子數(shù)很少,且需較長(zhǎng)的輻照時(shí)間,H2O2的投加量也隨之增加,OH·易被高濃度的H2O2所清除。因而,UVFenton法一般只適宜于處理中低濃度的有機(jī)廢水[4]。當(dāng)在UVFenton體系中引入光化學(xué)活性較高的物質(zhì)(如含F(xiàn)e3+的草酸鹽和檸檬酸鹽絡(luò)合物)時(shí),可有效提高對(duì)紫外線和可見(jiàn)光的利用效果。
3.2電Fenton法
光Fenton法比普通Fenton法提高了對(duì)有機(jī)物的礦化程度[5]，但仍存在光量子效率低和自動(dòng)產(chǎn)生H2O2機(jī)制不完善的缺點(diǎn)。電Fenton法利用電化學(xué)法產(chǎn)生的H2O2和Fe2+作為Fenton試劑的持續(xù)來(lái)源,與光Fenton法相比具有以下優(yōu)點(diǎn):一是自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制較完善;二是導(dǎo)致有機(jī)物降解的因素較多(除羥基自由基的氧化作用外,還有陽(yáng)極氧化、電吸附等)。由于H2O2的成本遠(yuǎn)高于Fe2+,所以通過(guò)電化學(xué)法將自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制引入Fenton體系具有很大的實(shí)際應(yīng)用意義,可以說(shuō)電Fenton法是Fenton法發(fā)展的一個(gè)方向。
3.3混凝-Fenton法
混凝法對(duì)疏水性污染物有效[6]，F(xiàn)enton試劑氧化法對(duì)水溶性物質(zhì)的處理效果良好，而且，低劑量的Fenton反應(yīng)能降低有機(jī)物的水溶性，有助于混凝，因而混凝-Fenton法在處理難生物降解廢水時(shí)可以取得良好的處理效果。
4.結(jié)語(yǔ)
Fenton試劑作為一種強(qiáng)氧化劑用于處理難降解有機(jī)污染物具有明顯優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于治理我國(guó)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，特別是難降解有毒有機(jī)污染物的治理有著十分重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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