Fenton试剂在处理难降解有机废水中的应用_张国卿

Fenton试剂在处理难降解有机废水中的应用张国卿王罗春徐高田甘晓明(上海大学环境科学与工程系上海200072)摘要介绍了Fenton试剂的作用机理,探讨了不同外界因素对该技术处理效果的影响,对该试剂在实际中的应用进行阐述,并提出Fenton试剂的研究方向。关键词Fenton机理影响因素TheApplicationofFentonReagentintheTreatmentforDegradingOrganicWasteWaterZhangGuoqingWangLuochunXuGaotianGanXiaoming(Dept.ofEnvironmetalScienceandEngineering,ShanghaiUniversityShanghai200072)AbstractInthispaper,theeffectingmechanismofFentonreagentisintroducedandhowtheexternalfactorsaffectthistechnologyisalsodiscussed,theapplicationofthisreagentisexpoundedandfinallytheresearchorientationispointedout.KeywordsFentonmechanicseffectfactors1894年H.J.H.Fenton首次指出H2O2在Fe2+的催化作用下具有氧化多种有机物的能力,自此之后,在Fenton试剂的作用机理、影响因素、类Fenton试剂、光Fenton试剂、电Fenton试剂、反应动力学及其在水处理方面的实际应用的研究就从未停止过,并且不断完善,扩大了该技术在水处理方面的应用范围,提高了处理效率,降低了处理成本,成为不可或缺的水处理方面的一种重要技术。但由于H2O2价格昂贵,如果单独使用Fenton试剂处理废水,则成本太高,所以在实际应用中,通常是与其他处理方法联合使用,将其用于废水处理的深度处理或预处理。1Fenton试剂的作用机理分析1.1经典作用机理经典的作用机理认为,Fenton试剂之所以具有很强的氧化能力,是因为其中含有Fe2+和H2O2,H2O2被Fe2+催化分解成羟基自由基(·OH),并引发连锁反应从而产生更多的其他自由基,其反应机理如下:Fe2++H2O2※Fe3++·OH+OH-(1)Fe3++H2O2※Fe2++HO2·+H+(2)Fe2++·OH※Fe3++OH-(3)Fe3++HO2·※Fe2++O2+H+(4)·OH+H2O2※H2O+HO2·(5)HO2·※O2-+H+(6)·O2+H2O2※O2+OH-+·OH(7)而羟基自由基具有极强的氧化能力,主要是因为[1]:(1)羟基自由基是一种很强的氧化剂,其氧化电极电位(E)为2.80V,在已知的氧化剂中仅次于F2。(2)具有较高的电负性或电子亲和能(569.3kJ),容易进攻电子云密度点,同时·OH的进攻具有一定的选择性。(3)·OH具有加成作用,当有碳碳双键存在时,除非被进攻的分子具有高度活泼的碳氢键,否则,将发生加成反应。1.2絮凝/沉降作用以上这些经典机理对一些实际废水处理所存在的现象却往往难以解释,Walling和Kato的研究指出[2],Fenton试剂在处理有机废水时会发生反应产生铁水络合物。主要反应式如下:[Fe(H2O)6]3++H2O※[Fe(H2O)5OH]2++H3O+[Fe(H2O)5OH]2++H2O※[Fe(H2O)4(OH)2]+H3O+当pH为3～7时,上述络合物变成:2[Fe(H2O)5OH]2+※[Fe(H2O)8(OH)2]4++2H2O[Fe(H2O)8(OH)2]4++H2O※[Fe2(H2O)7(OH)3]3++H3O+[Fe2(H2O)7(OH)3]3++[Fe(H2O)5OH]2+※[Fe3(H2O)7(OH)4]5++2H2O+以上反应方程式表达了Fenton试剂所具有的絮凝功能。ShengH.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。可以看出利用Fenton试剂处理废水所取得的较好的处理效果,并不是单纯的因为羟基自由基的作用,这种絮凝/沉降功能同样起到了重要的作用。2影响Fenton试剂处理难降解有机废水的因素2.1pH值Fenton试剂是在pH为酸性条件下发生作用的,按照经典的Fenton试剂反应理论,在中性和碱性环境中,Fe2+不能催化H2O2产生·OH。pH值升高不仅抑制了·OH的产生,而且使溶液中的Fe(Ⅱ)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,反应(2)、(4)受到抑制,Fe(Ⅲ)不能顺利地被还原为Fe(Ⅱ),催化反应受阻