电芬顿技术研究进展
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电芬顿技术研究进展
电芬顿技术研究进展
1.芬顿试剂简介
1893年，化学家Fenton H J发现，过氧化氢(H2O2 )与二价铁 离子Fe2+的混合溶液具有强氧化性，能氧化多种有机物，后 人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为 Fenton 试剂， 它能有效的氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有 机物。
生的污泥量少。
来自百度文库
阴极：
阳极：
Fe3++e-=Fe2+
2H2O-4e-=O2+4H+
2H20+2e-=H2+2OH-
电芬顿技术研究进展
(4) 电芬顿-铁氧化-H2O2法
Fe2+由Fe在阳极氧化产生，H2O2由O2在阴极还原产生。以平板铁或铁网为阳极， 多孔碳电极(或炭棒)为阴极，在阴极通以氧气或空气。通电时，在阴阳极上将
进行相同电化学当量的电化学反应，因为阳极上从Fe→Fe2+和阴极上从
O2→H2O2的反应均为二电子反应，因此，理论上在相同的时间内电解槽内将生 成相同摩尔数的Fe2+和H2O2，从而使得随后进行的生成芬顿试剂的化学反应得 以实现。反应中生成的三价铁离子将与溶液中的氢氧根离子结合生成絮状的
Fe(OH)3，Fe(0H)3将包裹有机物共沉积，经过滤后从滤渣中除去。为了减少阴 阳极生成的Fe2+和H2O2在溶液中传输过程的浓差极化，可对电解槽中的溶液进 行搅拌。
电解槽内的电极反应如下： 阳极 Fe -2e-=Fe2+
2H2O-4e-=O2+4H+
阴极 2H2O+2e-=H2+2OH溶液中的反应
Fe2++H2O2=·OH+OH-+Fe3+ Fe3++3OH-=Fe(OH)3
电芬顿技术研究进展
(3)电芬顿-铁还原法
Fe2+由Fe3+在阴极还原产生，H202由外界
电芬顿技术研究进展
微波-芬顿法
微波是一种电磁波，其波长在1mm一1m之间。微波辐射 液体能使其中的极性分子产生高速旋转而产生热量， 同时改变体系热力学函数，降低活化能和分子的化学 键强度。目前，微波消除污染物的研究正处于试验阶 段，国内外报道较少，微波辐射下Fenton试剂氧化催 化法是降解水中有机污染物的一种有效方法，与 Fenton试剂法相比，能够显著缩短反应时间，提高降 解产率，具有较大的工业应用潜力。
电芬顿技术研究进展
芬顿试剂反应机理
芬顿试剂具有很强的氧化能力在于 其中含有Fe2+和H2O2 。其主要反应机理为 ：
Fe2+ +H2O2 → Fe3+ + ·OH+OH-
芬顿试剂能有效氧化去除难降解有机物,其实质是H2O2 在Fe2+的 催化作用下生成羟基自由基(·OH )。羟基自由基·OH 具有强氧化 性和很强的亲电加成性能, 可将大多数有机物氧化分解成小分子物 质。
电芬顿技术研究进展
2.电芬顿法
电芬顿法是利用电化学法产生的Fe2+和H2O2作为芬 顿试剂的持续来源，两者产生后立即作用而生成具 有高度活性的羟基自由基，使有机物得到降解。 优点： ●不需或只需加入少量化学药剂。 ●不会产生二次污染。 ●电解过程控制的参数只有电流和电压，易于实现 自动控制。 ● Fe2+和H2O2以相当的速率持续产生，起初有机物 的降解速率较慢，但能保证长时间持续有效地降解， 污泥量少，后处理简单。
Fe2+和H202分别由Fe3+和02在阴极还原产生。通电时，O2 在阴极得到2个电子被还原为H2O2 ，同时由外界加入的 Fe3+也在阴极还原生成Fe2+，Fe2+和H2O2组成芬顿试剂。
电芬顿技术研究进展
Fenton 法类型
传统Fenton法 类Fenton法
光-Fenton 法 US-Fenton 法 微波-Fenton法 电-Fenton 法
电-类Fenton法
电芬顿技术研究进展
光-芬顿法
在紫外光条件下，H202会分解，反应式为：
H202+hv→2HO ·
该反应的发生，降低了Fe2+的用量，减少了Fe2+的二次 污染，同时也保持了H202较高的利用率。同时紫外光和 Fe2+对H2O2的催化分解存在协同效应，即紫外光和Fe2+ 共存时H202的分解速率远大于Fe2+或紫外光时H2O2分解 速率的简单加和。
电芬顿技术研究进展
电芬顿法的分类及基本原理
⑴ 电芬顿——H2O2法
H2O2由O2在阴极还原产生， Fe2+由外界加 入。在电解池的阴极(氧扩散阴极)上曝氧
气或空气,O2在阴极上产生还原反应(酸性 条件下)生成H2O2，H2O2与加入的Fe2+发 生芬顿反应生成·OH，同时得到被氧化的
Fe3+，Fe3+在阴极上被还原为Fe2+， Fe2+
(2) 电芬顿-铁氧化法
Fe2+由Fe在阳极氧化产生， H时2O，2由铁外阳界极加失入去。两电个解电槽子通被电氧 化 发成生F芬e顿2+，反应Fe生2+与成加·入OH的。H在20该2 体系中导致有机物降解的因素 除 F氧e·化(O产OHH)生外3 的的，絮活还凝性有作FFee用(2+O、，H)F即2e3、阳+可极水 解成对有机物有强络合吸附作 用的Fe(0H)2 、Fe(0H)3。该法 对有机物的去除效果高于电芬 顿-H202 法，但需加H2O2 ，且 耗电能，故成本比传统芬顿法 高。
加入。电芬顿一铁还原系统将一个芬顿
反应器和一个Fe(OH)3还原为Fe2+的电 解装置合并成一个反应器。Fe3+借助于
Fe2(SO4)3或Fe(0H)3污泥产生。每次投 加一定量原水，循环泵回流以保证电解
槽内的混合效果；初期运行时，加入浓
Fe2(SO4)3溶液与废水相混合，以满足初 期Fe3+浓度的要求；H2O2通过进料泵连 续投加。反应过程中形成的Fe(OH)3 经 过絮凝和pH调节后可重新使用，系统产
又与阴极上生成的H2O2发生芬顿反应， 形成一个循环。另外还有部分有机物直接
在阳极上被氧化为一些中间产物(CO2和 H2O)。该法不用加H2O2，有机物降解很 彻底，不易产生中间毒害物。但由于目前
所用的阴极材料是石墨、炭棒或活性炭纤
维，这些材料在酸性溶液中电流效率低，
H2O2产量不高。
电芬顿技术研究进展
电解槽内的电极反应如下：
阳极反应：
阴极反应：
Fe-2e-=Fe2+
O2+2H++2e-=H2O2
2H2O-4e-=O2+4H+
2H2O+2e-=H2+2OH-
溶液中的反应： Fe2++H2O2=·OH+OH-+Fe3+
Fe2++3OH-=Fe(OH)3
电芬顿技术研究进展
(5)电芬顿-铁还原- H2O2法
电芬顿技术研究进展
1.芬顿试剂简介
1893年，化学家Fenton H J发现，过氧化氢(H2O2 )与二价铁 离子Fe2+的混合溶液具有强氧化性，能氧化多种有机物，后 人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为 Fenton 试剂， 它能有效的氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有 机物。
生的污泥量少。
来自百度文库
阴极：
阳极：
Fe3++e-=Fe2+
2H2O-4e-=O2+4H+
2H20+2e-=H2+2OH-
电芬顿技术研究进展
(4) 电芬顿-铁氧化-H2O2法
Fe2+由Fe在阳极氧化产生，H2O2由O2在阴极还原产生。以平板铁或铁网为阳极， 多孔碳电极(或炭棒)为阴极，在阴极通以氧气或空气。通电时，在阴阳极上将
进行相同电化学当量的电化学反应，因为阳极上从Fe→Fe2+和阴极上从
O2→H2O2的反应均为二电子反应，因此，理论上在相同的时间内电解槽内将生 成相同摩尔数的Fe2+和H2O2，从而使得随后进行的生成芬顿试剂的化学反应得 以实现。反应中生成的三价铁离子将与溶液中的氢氧根离子结合生成絮状的
Fe(OH)3，Fe(0H)3将包裹有机物共沉积，经过滤后从滤渣中除去。为了减少阴 阳极生成的Fe2+和H2O2在溶液中传输过程的浓差极化，可对电解槽中的溶液进 行搅拌。
电解槽内的电极反应如下： 阳极 Fe -2e-=Fe2+
2H2O-4e-=O2+4H+
阴极 2H2O+2e-=H2+2OH溶液中的反应
Fe2++H2O2=·OH+OH-+Fe3+ Fe3++3OH-=Fe(OH)3
电芬顿技术研究进展
(3)电芬顿-铁还原法
Fe2+由Fe3+在阴极还原产生，H202由外界
电芬顿技术研究进展
微波-芬顿法
微波是一种电磁波，其波长在1mm一1m之间。微波辐射 液体能使其中的极性分子产生高速旋转而产生热量， 同时改变体系热力学函数，降低活化能和分子的化学 键强度。目前，微波消除污染物的研究正处于试验阶 段，国内外报道较少，微波辐射下Fenton试剂氧化催 化法是降解水中有机污染物的一种有效方法，与 Fenton试剂法相比，能够显著缩短反应时间，提高降 解产率，具有较大的工业应用潜力。
电芬顿技术研究进展
芬顿试剂反应机理
芬顿试剂具有很强的氧化能力在于 其中含有Fe2+和H2O2 。其主要反应机理为 ：
Fe2+ +H2O2 → Fe3+ + ·OH+OH-
芬顿试剂能有效氧化去除难降解有机物,其实质是H2O2 在Fe2+的 催化作用下生成羟基自由基(·OH )。羟基自由基·OH 具有强氧化 性和很强的亲电加成性能, 可将大多数有机物氧化分解成小分子物 质。
电芬顿技术研究进展
2.电芬顿法
电芬顿法是利用电化学法产生的Fe2+和H2O2作为芬 顿试剂的持续来源，两者产生后立即作用而生成具 有高度活性的羟基自由基，使有机物得到降解。 优点： ●不需或只需加入少量化学药剂。 ●不会产生二次污染。 ●电解过程控制的参数只有电流和电压，易于实现 自动控制。 ● Fe2+和H2O2以相当的速率持续产生，起初有机物 的降解速率较慢，但能保证长时间持续有效地降解， 污泥量少，后处理简单。
Fe2+和H202分别由Fe3+和02在阴极还原产生。通电时，O2 在阴极得到2个电子被还原为H2O2 ，同时由外界加入的 Fe3+也在阴极还原生成Fe2+，Fe2+和H2O2组成芬顿试剂。
电芬顿技术研究进展
Fenton 法类型
传统Fenton法 类Fenton法
光-Fenton 法 US-Fenton 法 微波-Fenton法 电-Fenton 法
电-类Fenton法
电芬顿技术研究进展
光-芬顿法
在紫外光条件下，H202会分解，反应式为：
H202+hv→2HO ·
该反应的发生，降低了Fe2+的用量，减少了Fe2+的二次 污染，同时也保持了H202较高的利用率。同时紫外光和 Fe2+对H2O2的催化分解存在协同效应，即紫外光和Fe2+ 共存时H202的分解速率远大于Fe2+或紫外光时H2O2分解 速率的简单加和。
电芬顿技术研究进展
电芬顿法的分类及基本原理
⑴ 电芬顿——H2O2法
H2O2由O2在阴极还原产生， Fe2+由外界加 入。在电解池的阴极(氧扩散阴极)上曝氧
气或空气,O2在阴极上产生还原反应(酸性 条件下)生成H2O2，H2O2与加入的Fe2+发 生芬顿反应生成·OH，同时得到被氧化的
Fe3+，Fe3+在阴极上被还原为Fe2+， Fe2+
(2) 电芬顿-铁氧化法
Fe2+由Fe在阳极氧化产生， H时2O，2由铁外阳界极加失入去。两电个解电槽子通被电氧 化 发成生F芬e顿2+，反应Fe生2+与成加·入OH的。H在20该2 体系中导致有机物降解的因素 除 F氧e·化(O产OHH)生外3 的的，絮活还凝性有作FFee用(2+O、，H)F即2e3、阳+可极水 解成对有机物有强络合吸附作 用的Fe(0H)2 、Fe(0H)3。该法 对有机物的去除效果高于电芬 顿-H202 法，但需加H2O2 ，且 耗电能，故成本比传统芬顿法 高。
加入。电芬顿一铁还原系统将一个芬顿
反应器和一个Fe(OH)3还原为Fe2+的电 解装置合并成一个反应器。Fe3+借助于
Fe2(SO4)3或Fe(0H)3污泥产生。每次投 加一定量原水，循环泵回流以保证电解
槽内的混合效果；初期运行时，加入浓
Fe2(SO4)3溶液与废水相混合，以满足初 期Fe3+浓度的要求；H2O2通过进料泵连 续投加。反应过程中形成的Fe(OH)3 经 过絮凝和pH调节后可重新使用，系统产
又与阴极上生成的H2O2发生芬顿反应， 形成一个循环。另外还有部分有机物直接
在阳极上被氧化为一些中间产物(CO2和 H2O)。该法不用加H2O2，有机物降解很 彻底，不易产生中间毒害物。但由于目前
所用的阴极材料是石墨、炭棒或活性炭纤
维，这些材料在酸性溶液中电流效率低，
H2O2产量不高。
电芬顿技术研究进展
电解槽内的电极反应如下：
阳极反应：
阴极反应：
Fe-2e-=Fe2+
O2+2H++2e-=H2O2
2H2O-4e-=O2+4H+
2H2O+2e-=H2+2OH-
溶液中的反应： Fe2++H2O2=·OH+OH-+Fe3+
Fe2++3OH-=Fe(OH)3
电芬顿技术研究进展
(5)电芬顿-铁还原- H2O2法