Fenton氧化体系_OH_OR_省略_H_2O_2和Fe_2_变化特征_汪昆平

Fenton高级氧化是处理生物难降解有机废水常采用方法，通过在酸性条件下Fe2+的作用，H2O2分解生成包括氧化性极强的·OH在内的多种中间体自由基，对水中难生物降解有机物进行氧化分解，从而提高废水的可生化性，甚至将有机物完全矿化[1-4]。在这个过程中，反应机理十分复杂并随反应条件不同而变化[5]，目前各类废水Fenton高级氧化反应条件主要是通过实验室试验确定。但是，废水处理工程实际运行过程与实验室试验条件存在很大的不一致性，故研究Fenton体系·OH、氧化还原电位（ORP）、H2O2、Fe2+变化特点和规律，对于通过常规检测，调整、控制体系反应条件，实现高效Fenton氧化处理过程十分重要。此外，ORP是一个综合反映体系宏观的氧化-还原性的参数，探讨Fenton体系·OH生成与ORP变化的关系，以及ORP对Fenton体系状况的指示作用，可以为通过ORP值调整、控制体系反应条件提供依据。1试验部分1.1试剂与仪器试剂：质量分数30%的H2O2（AR）；七水合硫酸亚铁（AR）；硫酸（AR）；甲基紫；草酸钛钾（AR）；乙酸钠（AR）；盐酸羟胺（AR）；邻菲罗啉（AR）；硫酸亚铁铵。仪器：超纯水器LHP-05-H；电子天平；数字式显示酸度计PHS-25；氧化还原电位测定仪ORP-421；752紫外可见分光光度计；78-1磁力搅拌器。。1.2试验方法试验在100mL烧杯中进行，首先取50mL高纯水加入到烧杯中，用硫酸调节选定的pH，然后加入一定量的硫酸亚铁，在磁力搅拌的条件下加入H2O2。分别进行·OH、ORP、H2O2、和Fe2+的测定。1.3测定方法·OH采用甲基紫分光光度法测定[6]；ORP采用氧化还原电位测定仪测定；H2O2采用钛盐分光光度法Fenton氧化体系·OH、ORP、H2O2和Fe2+变化特征汪昆平，杨林，汪春艳，赵越，郭劲松（重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆400045）摘要：通过对Fenton体系·OH、ORP、H2O2和Fe2+变化关系的考察，研究了Fenton反应过程特点和规律。结果显示，随着Fenton反应的快速进行，体系很快达到稳定状态，反应过程·OH生成量、ΔORP随时间变化关系可用Y=a·b·X/(1+b·X)模型描述，H2O2、Fe2+反应符合动力学模型dC/dt=-k(C-l)。基于Fenton体系·OH生成量平台稳定值、ΔORP平台稳定值及其达到平台稳定值所需时间，适宜n(H2O2)/n(Fe2+)比为1：1。当n(H2O2)/n(Fe2+)比为2时，·OH生成量平台稳定值最大、Fe2+反应速率常数最大。H2O2/Fe2+比值不同引起的最大·OH生成量平台稳定值高出最小·OH生成量平台稳定值不到8%，而引起的最大ΔORP平台稳定值高出最小ΔORP平台稳定值超过83%。Fenton体系Fe2+转化率为91.7%～98.7%、H2O2转化率为38.9%～68.4%，H2O2/Fe2+比值、pH对Fe2+转化率影响较小，对H2O2的转化率影响较大；较低H2O2转化率与较低ΔORP是对应的。关键词：Fenton反应；·OH；ORP；H2O2；Fe2+中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2011)12-0036-006收稿日期：2011-04-06基金项目：国家科技攻关计划重大项目（2006BAJ08B08）；重庆市自然科学基金资助项目（CSTC，2008BB7299）；中央高校基本科研业务基金资助项目（CDJRC10210006）作者简介：汪昆平（1965－），男，博士，副教授，从事饮用水卫生安全保障理论与技术研究联系电话：13368390298；E-mail：hjwkp@126.com第37卷第12期2011年12月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.37No.12Dec.,201136DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2011.12.009测定[7]；Fe2+采用邻菲罗啉分光光度法[8]测定。2结果与讨论2.1Fenton体系·OH变化·OH测定基于·OH与甲基紫高电子云密的－C＝C－基团发生亲电加成反应，使甲基紫褪色，通过测定甲基紫吸光度值的变化间接测定出·OH的生成量[6]：Amethyst（紫色）+·OH=Achromatic（无色）当初始pH=3.0，H2O2浓度50mmol·L-1、甲基紫浓度2mmol·L-1时，不同H2O2/Fe2+比值的Fenton体系·OH生成量随时间的变化如图1所示。可以看出，在不同n(H2O2)/n(Fe2+)条件下·OH生成量随时间变化关系有所不同，但随着时间的增加，·OH生成量有逐渐趋于某一最大值的倾向。图1中曲线是采用函数Y=a·b·X1+b·X进行拟合