Fenton试剂氧化机理及难降解有机工业废水处理研究进展_李章良

收稿日期：2009-12-25基金项目：福建省高效服务海西建设重点项目（2008HX05）；福建省教育厅科技项目（JK2009031）作者简介：李章良（1975-），男，福建仙游人，莆田学院环境与生命科学系讲师，硕士，主要从事环境污染控制及生态治理的研究.韶关学院学报·自然科学JournalofShaoguanUniversity·NaturalScience2010年3月第31卷第3期Fenton试剂氧化机理及难降解有机工业废水处理研究进展李章良1,2，黄建辉1,2（1.莆田学院环境与生命科学系，福建莆田351100；2.莆田学院福建省生态环境及其信息图谱重点实验室，福建莆田351100）摘要：系统地分析了经典Fenton试剂法、光-Fenton试剂法和电-Fenton法对有机污染物的降解机理，概述了Fenton氧化技术在处理酚类废水、焦化废水、印染废水和农药废水等难降解有机工业废水中的应用研究进展，指出Fenton氧化技术将沿着Photo-Fenton法、电-Fenton法以及和其他处理技术组合的路线向前发展.关键词：Fenton试剂；反应机理；工业废水；难降解有机污染物；研究进展中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1007-5348（2010）03-0066-07高级氧化技术被广泛应用于处理难降解有机工业废水.与其他高级氧化技术相比，Fenton氧化技术具有快速高效、可产生絮凝、设备简单、成本低、技术要求不高等优点，在工业废水处理研究中应用较为广泛［1-3］.Fenton试剂是Fe2+和H2O2的结合，二者反应生成具有高反应活性和很强氧化能力的羟基自由基·OH，·OH无选择性，能与大多数有机物作用使其降解以至矿化.随着环境科学技术发展，Fenton试剂法已派生出许多分支，如光-Fenton试剂法、电-Fenton法等［4］.本文综述了Fenton试剂氧化机理与近年来应用处理难降解有机工业废水的研究进展，展望了其今后的发展方向.1Fenton试剂氧化机理1.1经典Fenton试剂氧化机理经典Fenton试剂是法国科学家Fenton于1894年发现的：在酸性条件下，H2O2在Fe2+离子催化作用下可有效地将酒石酸氧化［5］.1964年Eisenhouser首次使用Fenton试剂处理苯酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂在环境污染物处理中应用的先例［6］.经典Fenton试剂在水处理中作用主要包括对有机物氧化和混凝两种作用.1.1.1自由基生成及氧化原理：Fenton试剂之所以具有很强氧化能力，是因为H2O2被Fe2+催化分解生成羟基自由基(·OH)，并引发产生更多的其它自由基.其详细反应机理如下［7］：Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OHk1=76L·(mol·s)-1(1)Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+k2=0.002~0.01L·(mol·s)-1(2)Fe2++·OH→Fe3++OH-k3=3×108L·(mol·s)-1(3)Fe3++HO2·→Fe2++O2+H+k4<2×103L·(mol·s)-1(4)·OH+H2O2→H2O+HO2·k5=2.7×107L·(mol·s)-1(5)Mar.2010Vol.31No.3第3期Fe2++HO2·→Fe3++HO2-k6=1.2×106L·(mol·s)-1(6)反应所生成的·OH具有较高的电负性或电子亲和能，它能够通过夺取有机污染物分子中的H原子、填充未饱和的C—C键等反应途径使各种有机污染物结构发生碳链断裂而迅速降解.降解机理如下：RH+·OH→R·+H2Ok7=107~1010L·(mol·s)-1(7)R·+O2→ROO·k8=109L·(mol·s)-1(8)R·+Fe3+→R++Fe2+(9)RO·+·OH+O2→···→CO2+H2O(10)上述整个体系反应十分复杂，其关键是通过Fe2+在反应起激发和传递作用，使链反应能持续进行直至H2O2耗尽［8］.但从反应式（1）到（8）中各式的反应速率常数可以看出：产生·OH的反应式（1）是整个反应过程的起始步，反应式（2）是速控步，·OH的生成量取决于Fe2+和H2O2的浓度.适当地增大Fe2+和H2O2的浓度有利于提高有机污染物的降解效率.但根据反应式（3）和（5）可以看出，过量的Fe2+和H2O2会成为·OH的捕获剂.因此，经典Fenton试剂处理难降解有机工业废水时，Fe2+和H2O2最佳比例显得非常重要.1.1.2絮凝作用机理：经典Fenton试剂在对一些实际废水处理过程中存在现象有时候难以用羟基自由基·OH机理解释.Walling和Kato研究指出，Fenton试剂在处理有机工业废水时会发生反应产生铁水络合物.主要反应式如下［9］：［Fe(H2O)6］3++H2O