文档介绍：Fenton试剂氧化机理及在水处理中的应用现状
齐建华1,韩晋英2陈福川3
( 、河北省定州市凯丹水务有限公司)
摘要: 概述了Fenton试剂的发展,探讨了Fenton试剂的氧化作用机理,分析了Fenton氧化的主要影响因素,同时对Fenton氧化在难降解废水处理、在石油化工、电力及核工程水处理以及饮用水处理中的研究进展及实际工程应用情况进行了简单的概括,将Fenton氧化法与水解酸化、臭氧等高级氧化法做了对比。最后,总结了Fenton氧化法的优点和当前研究中亟待解决的问题,并展望了其未来的研究方向。
关键词:Fenton试剂;难降解废水;石油化工;高级氧化
1 概述
1894年首次研究表明,H2O2 在Fe2+ 离子的催化作用下具有氧化多种有机物的能力。过氧化氢与亚铁离子的结合即为Fenton试剂,其中Fe2 + 离子主要是作为同质催化剂,而H2O2 则起氧化作用。Fenton试剂具有极强的氧化能力,特别适用于某些难生物降解的或对生物有毒性的工业废水的处理上,所以Fenton氧化法越来越受到人们的广泛关注[1]。
自20世纪60年代以来,Fenton试剂开始用于废水处理。1964年,Eisnhaner用此试剂处理ABS废水,ABS的去除率高达99%,1968年,Ensiov[2]利用Fenton试剂处理苯类废水,TOC去除率达到90%以上。研究表明,Fenton试剂几乎可以氧化所有的有机物,传统废水处理技术无法去除的难降解有机物几乎都能被Fenton试剂氧化而得以去除。同时,Fenton试剂中用到的FeSO4 和H2O2 都是常见的廉价药品。因此,Fenton氧化法处理废水具有巨大的应用和研究价值[1,4,5]。下面将详细阐述Fenton系统的氧化机理、主要影响因素及其在废水处理中的应用。
2 Fenton试剂的氧化机理
Jeseph[1] 指出Fe2+ 和Fe3+ 都能与H2O2反应。Fenton试剂反应过程如下:
(1)H2O2 + Fe2+ →·OH + Fe3+ + OH-
(2)Fe2+ + ·OH →Fe3+ + OH-
其中,产生·OH 的反应步骤(1) 控制了整个反应的速度,·OH通过反应方程(2) 与有机物反应而逐渐被消耗。
Fe3+能催化降解H2O2,使之变成O2和H2O,自由基链机理指出,对于单一的Fe3+系统(即除水外没有其他的络合物配位基),将产生·OH和HO2-。反应方程除(1) 、(2) 外,还有以下几个步骤:
(3) H2O2 + Fe3+ →Fe-OOH2+ + H+
(4) Fe-OOH2+ →HO2·+ Fe2
(5)HO2·+ Fe2+ →Fe3+ + HO2-
(6)HO2 + Fe3+ →Fe2+ + O2 + H+
(7)·OH + H2O2 →HO2·+ H2O
当H2O2 过量时,由于反应方程(4)的反应速度远比反应方程(1) 的反应速度慢,所以[ Fe2+ ]与[ Fe3+ ] 的关系不大。反应方程(7) 指出了·OH消耗的另一途径。通过分离有机化合物中的H、填充未饱和的C - C键,羟基·OH能不加选择地同大多数有机物迅速反应,和·OH比较起来HO
2- 的反应活性微弱许多,而与之配