Fenton反应的应用及其影响因素的研究_施跃锦

贵州化工GuizhouChemicalIndustry2009年4月第34卷第2期Fenton反应的应用及其影响因素的研究施跃锦(浙江工商大学环境工程系,浙江杭州,310035)摘要Fenton试剂是亚铁离子和过氧化氢的组合,具有强氧化性,在环境污染治理方面得到了广泛的应用。本文主要研究Fenton反应在废水处理上的作用,为Fenton反应的进一步研究提供参考。关键词Fenton反应废水处理影响因素中图分类号TQ138.1文献标识码A文章编号1008-9411(2009)02-0030-05Fenton试剂通过H2O2和Fe2+作用产生·OH,使其具有极强的氧化能力,并能有效地将有毒有害有机物彻底降解成二氧化碳、水和无机离子,因此它在废水处理的应用中具有特殊意义[1]。早在1930年,Fenton反应的机理研究得到了初步的成果。以后数十年里,研究人员对于其反应机理进行不断充实和完善。中国科学院的谢银德等人引用美国尤他州立大学研究人员使用顺磁共振的方法捕获到羟基自由基碎片而推导出的结论,得到一个对于Fenton反应的机理较为综合全面的解释[2]:Fe2++H2O2———Fe3++OH·+OH-Fe2++OH-·———Fe3++OH-OH·+H2O2———HO2·+H2OFe2++HO2·———Fe(HO2)2+Fe3++HO2·———Fe2++O2+H+HO2·———O2-·+H+Fe3++O2-·———Fe2++O2HO2·+HO2·———H2O2+O2OH·+HO2·———H2O+O2OH·+O2·———OH-+O2OH·+OH·———H2O2在第一个反应中,Fe2+与H2O2之间的反应很快,生成的羟基自由基具有很高的电极电位,氧化能力仅次于氟[2]。1Fenton反应在废水处理中的作用和应用前景早期Fenton试剂的研究和应用仅局限于有机合成领域,1964年H.R.Eisenhouser首次使用Fen-ton试剂苯酚和烷基苯废水,开创了Fenton试剂应用于工业废水处理领域的先例。Fenton试剂作为高级氧化技术的原理,就是利用其超强氧化性能实现对难以降解物质的深度氧化[2]、[3]。目前,化学法处理染料废水的方法有很多,如化学沉淀法、光催化氧化法、臭氧、和Fenton的氧化作用等[4]。近年有学者对非均相UV/Fenton反应处理直接耐酸大红染料废水进行了研究,发现该体系降解4BS染料废水有很多优点:使用pH范围广,COD-cr的去除率高,4BS的去除率95%以上[5]。制浆造纸废水中或多或少含有木素降解产物及其衍生物,包括氯化苯酚类和五氯苯酚类等对环境有重大影响持久性有机物。处理制浆造纸废水的方法主要有物理化学法和生化法。作为高级氧化技术之一的Fen-ton反应,在温和条件下就能产生氧化电位极高(为218V)的HO·,并能无选择地将有机物降解矿化成二氧化碳和水。光-Fenton体系根据催化剂和反应体系的不同可吸收400nm甚至550nm以下的光,并和光解作用产生协同效应,产生更好的处理效果,能成功降解各类有机物,能对有色物质显著脱色,且产生的污泥量也很少[6]。通过这次研究发现,对于Fenton和光-Fenton反应体系,在一定的范围内和H2O2用量一定的情况下,减少H2O2与Fe(Ⅱ)的物质的量比可以加快有机物的降解速率,但是对最终处理效果的影响却很小。光照对反应初期有机物的降解速率影响很小,但可以提高最终有机物的降解程度。光源和光强不同,有机物的降解程度就不同。微电解-Fenton试剂法处理高浓度有机废水是基于电化学中的电池反应,即腐蚀反应,金属电极被腐蚀而消耗。腐蚀电池又可分为微观腐蚀电池和宏观腐蚀电池,前者是指在金属表面由于存在许多极微小的电极而形成的电池,后者是指由肉眼可见到的电极所构成的“大电池”。铁屑是铁和炭的合金,即由纯铁和炭化铁及一些杂质组成。炭化铁和其他杂质颗粒以较小的颗粒的形式分散在铁屑内,由于它们的电极电势比铁的低,当处在电解质溶液中时就形成了无数个腐蚀微电池,在它的表面就有电流在成千上万个细小的电池内流动,铁作为阳极被腐·30·2009年4月第34卷第2期施跃锦:Fenton反应的应用及其影响因素的研究蚀消耗,当体系中有活性炭等宏观阴极材料存在时,又可以组成宏观腐蚀电池,电极反应生成的新生态Fe2+与投加的H2O2又组成Fenton试剂,综合微电解和Fenton试剂法独有的优点能够有效降解高浓度有机废水[7]。生活垃圾焚烧发电是近年来国内采用的垃圾处置方法之一,能够比较有效地达到垃圾减量化目的,但是垃圾渗滤液的污染控制始终是一个亟待解决的问题。国外垃圾的含水率较低,垃圾渗滤液量较少,一般采用焚烧法处理。而我国因生活与饮食习惯的缘故,生活垃圾的含水率很高,垃圾渗滤液量较大,因此需要考虑处理工艺。