芬顿试剂处理废水的研究与进展

芬顿试剂处理废水的研究与进展

摘要：近年来，高级氧化技术在处理废水方面取得了一定的进展，尤其是芬顿试剂作为一种强氧化剂去除废水中的有机污染物效果显著。本文介绍了Fenton 试剂的氧化机理，概述了Fenton 试剂氧化的影响因素和演变，并对各种类型的 Fenton 氧化法在废水处理中的应用做了阐述。

关键词：废水；有机污染物；芬顿试剂；反应机理

引言：1894年,法国科学家Fenton 发现,在酸性条件下，Fe 2+/

H 2O 2可以有效

氧化酒石酸[1]

:

2H ++C 4H 6O 6+2Fe 2++6H 2O 2→4CO 2+10H 2O+2Fe 3+

这项研究发现为人们分析还原性有机物和有机物的选择性氧化提供了一种

新的方法。人们为了纪念这位伟大的科学家，将Fe 2+/

H 2 O 2命名为Fenton 试剂(中文芬顿)，即为标准的芬顿试剂，由芬顿试剂介导的反应称为芬顿反应。自芬顿试剂及芬顿反应发现以来，有关芬顿反应的研究主要用于有机合成、酶促反应以及细胞损伤机理和应用，这为人们分析还原性有机物和选择性氧化有机物提供了一种新的方法。1964年，加拿大学者Eisenhaner 首次将芬顿试剂应用到水处理中。他用芬顿试剂处理 ABS 废水，ABS 的去除率高达99%[2]

。Fenton 试剂具有很强的氧化性，而且其氧化性没有选择性，能适应各种废水的处理，因此受到国内外的广泛关注。随着科学技术的发展与进步，各种水处理方法层出不穷，科学家们在Fenton 试剂的基础上衍生出很多类Fenton 法，如光（电）-Fenton ，超声波-Fenton 等[3-6]。

1 芬顿试剂机理研究

1.1 强氧化作用

目前普遍为大家所接受的反应机理：Fe 2+ 与H 2O 2反应与分解生成羟基自由基(·OH)和氢氧根离子(OH -)，并引发连锁反应从而产生更多的其它自由基，然后利用这些自由基进攻有机质分子，从而破坏有机质分子并使其矿化直至转化为CO 2、H 2O 等无机质[7-10].

链的开始：Fe 2++H 2O 2→Fe 3++OH -+·OH 链的传递：·OH+Fe 2+→Fe 3++OH - ·OH+H 2O 2→·HO 2+H 20

Fe3++H

2O

2

→Fe2++·HO

2

+H+

·HO

2+Fe3+→Fe2++·O

2

+H+

·OH+R-H→·R+H

2

0 ·OH+R-H→·[R-H]++OH-

链的终止： 2·OH→H

2O 2

·HO

2+·HO

2

→Fe2++O

2

Fe3++·O

2-→Fe2++H++O

2

Fe3++·HO

2→Fe2++H++O

2

·HO

2+Fe2++H+→Fe3++H

2

O

2

·HO

2+·O

2

-+H+→H

2

O

2

+O

2

·O

2-+Fe2++2H+→Fe3++H

2

O

2

O·+R

1-CH=CH-R

2

→R

1

-C(OH)H=CH-R

2

根据羟基自由基氧化机理，芬顿试剂之所以能氧化降解有机污染物，主要是由于羟基自由基的强氧化能力(其氧化电位高达+2.8 V )。另外，羟基自由基具有很高的电负性或亲电子性，其电子亲和能力高达569.3 kJ，具有很强的加成反应特征。

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, S. H. Lin 和 Lo的研究表明，Fenton试剂在处理废水过程中，再生的Fe2+、反应后端产生的Fe3+与氢氧化物反应生成的铁水络合物，还具有絮凝、沉淀的功能。主要反应方程式如下[11]：

[Fe(H

2O)

6

]3++H

2

O→[Fe(H

2

O)

5

OH]2++H

3

O+

[Fe(H

2O)

5

OH]2++H

2

O→[Fe(H

2

O)

4

(OH)

2

]++H

3

O+

当pH值为3-5 时，

2[Fe(H

2O)

5

OH]2+→[Fe(H

2

O)

8

(OH)

2

]4++2H

2

O

[Fe(H

2O)

8

(OH)

2

]4++H

2

O→[Fe(H

2

O)

7

(OH)

3

]3++H

3

O+

[Fe(H

2O)

7

(OH)

3

]3++[Fe(H

2

O)

5

OH]2+→[Fe

3

(H

2

O)

7

(OH)

4

]5++2H

2

O