Fenton法处理难降解有机废水
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
对于多元醇（乙二醇、甘油）以及淀粉、蔗糖、之类的碳 水化合物在·OH作用下，分子结构中各处发生脱H（原子）反 应，随后发生C＝C键的开裂最后被完全氧化成CO2。对于水溶 性高分子物（聚乙烯醇、聚丙烯醇钠、聚丙烯酰胺）和水溶 性丙烯衍生物（丙烯腈、丙烯酸、丙烯醇、丙烯酸甲酯等） ·OH加成到C＝C键，使双键断裂，然后将其氧化成CO2。对于 饱和脂肪族一元醇（乙醇、异丙醇）饱和脂肪族羧基化合物 （醋酸、醋酸乙基丙酮、乙醛），主链为稳定的化合物， ·OH只能将其氧化为羧酸，由复杂大分子结构物质氧化分解 成直碳链小分子化合物。
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
对于酚类有机物，低剂量的Fenton试剂可使其 发生偶合反应生成酚的聚合物；大剂量的Fenton 试剂可使酚的聚合物进一步转化成CO2。对于芳香 族化合物，·OH可以破坏芳香环，形成脂肪族化 合物，从而消除芳香族化合物的生物毒性。
对于染料，·OH可以直接攻击发色基团，打开 染料发色官能团的不饱和键，使染料氧化分解。 而色素的产生是因为其不饱和共轭体系的存在而 对可见光有选择性的吸收，·OH能优先攻击其发 色基团而达到漂白的效果。
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
•表1 羟基自由基的标准电极电位与其他强氧化剂的比较
氧化剂
羟基自由基·OH
O3 H2O2 MnO4ClO2 Cl2
反应式
·OH+ H+ + e- ＝ H2O O3 + 2H+ + 2e- ＝ H2O + O2
H2O2 + 2H+ + 2e- ＝ 2H2O MnO4- + 8H+ + 5e- ＝ 4H2O + Mn2+
•
3 Fenton试剂类型
Fenton试剂自出现以来就引起了人们的广泛青 睐和重视，并进行了广泛的研究，为进一步提高 对有机物的氧化性能，以标准为基础，发展成了 一系列机理相似的类Fenton试剂，如改性-Fenton 试剂、光-Fenton试剂、电-Fenton试剂、配体Fenton试剂等。
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3 Fenton试剂类型
3.1 标准Fenton试剂 标准Fenton试剂是由Fenton试剂Fe2+和H2O2组
成的混合体系，它通过催化分解H2O2产生·OH来攻 击有机物分子夺取氢，将大分子有机物降解成小 分子有机物或CO2和H2O，或无机物。
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3 Fenton试剂类型
反应过程中，溶液的pH值、反应温度、H2O浓度 和Fe3+的浓度是影响氧化效率的主要因素，一般情况 下，pH值为3~5为Fenton试剂氧化的最佳条件，pH值 得改变将影响溶液中铁的形态的分布，改变催化能 力。降解速率随反应温度的升高而加快，但去除效 率并不明显。在反应过程中，Fenton试剂存在一个 最佳的H2O2和Fe2+投加量比，过量的H2O2会与·OH发 生反应（5），过量的Fe2+会与·OH发生反应（3）、 （6），生成的Fe3+又可能引发反应（2）。
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3 Fenton试剂类型
3.2 改性-Fenton试剂 利用Fe(Ⅲ)盐溶液、可溶性铁以及铁的氧化矿
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
2.1 催化机理
对于Fenton试剂催化机理，目前公认的是
Fenton试剂能通过催化分解产生羟基自由基（·OH
）进攻有机物分子，并使其氧化为CO2、H2O等无机 物质。这是由Harber Weiss于1934年提出的。在此
体系中·OH实际上是氧化剂反应，反应式为：
ClO2 + 2e- ＝ ClO2Cl2 + 2e- ＝ 2Cl-
标准电极电位/V 2.80 2.07 1.77 1.52 1.50 1.36
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
由表1可以看出，·OH的氧化还原电位远高于其 他氧化剂，具有很高的氧化能力，故能使许多难 生物降解及一般化学氧化法难以氧化的有机物有 效分解，·OH具有较高的电负性或电子亲和能。
1964年，Eisenhouser首次使用Fenton试 剂处理苯酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂 在环境污染物处理中应用的先例。
从广义上说，Fenton法是利用催化剂、光 辐射或电化学作用，通过H2O2产生羟基自由基 （·OH）处理有机物的技术。从发展历程来看 ，Fenton法基本上是沿着光化学和电化学两条 路线向前发展的。
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
2.3 作用机理 H2O2在Fe2+的催化作用下
分解产生·OH,其氧化电位达 到2.8eV,是除元素氟外最强 的无机氧化剂,它通过电子转 移等途径将有机物氧化分解 成小分子。同时,Fe2+被氧化 成Fe3+产生混凝沉淀,去除大 量有机物。可见, Fenton试 剂在水处理中具有氧化和混 凝两种作用。
性条件下采用Fe2+/H2O2体系能氧化多种有机物 。后人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称 为Fenton试剂，它能有效氧化去除传统废水处 理技术无法去除的难降解有机物，其实质是 H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反应活性 的羟基自由基（·OH），·OH可与大多数有机 物作用使其降解。
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1 发展历史
Fenton法处理难降解有 机废水
2020年5月30日星期六
发展历史 Fenton试剂的催化机理及氧化性能 Fenton试剂类型 影响Fenton反应的因素 Fenton试剂在处理难降解有机废水中的应用 Fenton试剂存在的问题及发展方向
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1 发展历史
什么是Fenton试剂？ 1894年，英国人H.J.H.Fenton发现，在酸
Fe2++H2O2+H+→Fe3++H2O+·OH
（0）
由于Fenton试剂在许多体系中确实有羟基化作
用，所以Harber Weiss机理得到普遍承认，有时人
们把式（0）称为Fenton反应。
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
2.2 氧化性能 Fenton试剂之所以具有非常高的氧化能力，
是因为H2O2在Fe2+的催化作用下，产生羟基自由 基·OH，羟基自由基·OH与其他氧化剂相比具 有更强的氧化电极电位，具有很强的氧化性能 。氧化还原电位以电极电位为测定值，羟基Байду номын сангаас 由基与其他强氧化剂电极电位见表1。
2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
对于多元醇（乙二醇、甘油）以及淀粉、蔗糖、之类的碳 水化合物在·OH作用下，分子结构中各处发生脱H（原子）反 应，随后发生C＝C键的开裂最后被完全氧化成CO2。对于水溶 性高分子物（聚乙烯醇、聚丙烯醇钠、聚丙烯酰胺）和水溶 性丙烯衍生物（丙烯腈、丙烯酸、丙烯醇、丙烯酸甲酯等） ·OH加成到C＝C键，使双键断裂，然后将其氧化成CO2。对于 饱和脂肪族一元醇（乙醇、异丙醇）饱和脂肪族羧基化合物 （醋酸、醋酸乙基丙酮、乙醛），主链为稳定的化合物， ·OH只能将其氧化为羧酸，由复杂大分子结构物质氧化分解 成直碳链小分子化合物。
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
对于酚类有机物，低剂量的Fenton试剂可使其 发生偶合反应生成酚的聚合物；大剂量的Fenton 试剂可使酚的聚合物进一步转化成CO2。对于芳香 族化合物，·OH可以破坏芳香环，形成脂肪族化 合物，从而消除芳香族化合物的生物毒性。
对于染料，·OH可以直接攻击发色基团，打开 染料发色官能团的不饱和键，使染料氧化分解。 而色素的产生是因为其不饱和共轭体系的存在而 对可见光有选择性的吸收，·OH能优先攻击其发 色基团而达到漂白的效果。
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
•表1 羟基自由基的标准电极电位与其他强氧化剂的比较
氧化剂
羟基自由基·OH
O3 H2O2 MnO4ClO2 Cl2
反应式
·OH+ H+ + e- ＝ H2O O3 + 2H+ + 2e- ＝ H2O + O2
H2O2 + 2H+ + 2e- ＝ 2H2O MnO4- + 8H+ + 5e- ＝ 4H2O + Mn2+
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3 Fenton试剂类型
Fenton试剂自出现以来就引起了人们的广泛青 睐和重视，并进行了广泛的研究，为进一步提高 对有机物的氧化性能，以标准为基础，发展成了 一系列机理相似的类Fenton试剂，如改性-Fenton 试剂、光-Fenton试剂、电-Fenton试剂、配体Fenton试剂等。
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3 Fenton试剂类型
3.1 标准Fenton试剂 标准Fenton试剂是由Fenton试剂Fe2+和H2O2组
成的混合体系，它通过催化分解H2O2产生·OH来攻 击有机物分子夺取氢，将大分子有机物降解成小 分子有机物或CO2和H2O，或无机物。
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3 Fenton试剂类型
反应过程中，溶液的pH值、反应温度、H2O浓度 和Fe3+的浓度是影响氧化效率的主要因素，一般情况 下，pH值为3~5为Fenton试剂氧化的最佳条件，pH值 得改变将影响溶液中铁的形态的分布，改变催化能 力。降解速率随反应温度的升高而加快，但去除效 率并不明显。在反应过程中，Fenton试剂存在一个 最佳的H2O2和Fe2+投加量比，过量的H2O2会与·OH发 生反应（5），过量的Fe2+会与·OH发生反应（3）、 （6），生成的Fe3+又可能引发反应（2）。
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3 Fenton试剂类型
3.2 改性-Fenton试剂 利用Fe(Ⅲ)盐溶液、可溶性铁以及铁的氧化矿
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
2.1 催化机理
对于Fenton试剂催化机理，目前公认的是
Fenton试剂能通过催化分解产生羟基自由基（·OH
）进攻有机物分子，并使其氧化为CO2、H2O等无机 物质。这是由Harber Weiss于1934年提出的。在此
体系中·OH实际上是氧化剂反应，反应式为：
ClO2 + 2e- ＝ ClO2Cl2 + 2e- ＝ 2Cl-
标准电极电位/V 2.80 2.07 1.77 1.52 1.50 1.36
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
由表1可以看出，·OH的氧化还原电位远高于其 他氧化剂，具有很高的氧化能力，故能使许多难 生物降解及一般化学氧化法难以氧化的有机物有 效分解，·OH具有较高的电负性或电子亲和能。
1964年，Eisenhouser首次使用Fenton试 剂处理苯酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂 在环境污染物处理中应用的先例。
从广义上说，Fenton法是利用催化剂、光 辐射或电化学作用，通过H2O2产生羟基自由基 （·OH）处理有机物的技术。从发展历程来看 ，Fenton法基本上是沿着光化学和电化学两条 路线向前发展的。
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
2.3 作用机理 H2O2在Fe2+的催化作用下
分解产生·OH,其氧化电位达 到2.8eV,是除元素氟外最强 的无机氧化剂,它通过电子转 移等途径将有机物氧化分解 成小分子。同时,Fe2+被氧化 成Fe3+产生混凝沉淀,去除大 量有机物。可见, Fenton试 剂在水处理中具有氧化和混 凝两种作用。
性条件下采用Fe2+/H2O2体系能氧化多种有机物 。后人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称 为Fenton试剂，它能有效氧化去除传统废水处 理技术无法去除的难降解有机物，其实质是 H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反应活性 的羟基自由基（·OH），·OH可与大多数有机 物作用使其降解。
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1 发展历史
Fenton法处理难降解有 机废水
2020年5月30日星期六
发展历史 Fenton试剂的催化机理及氧化性能 Fenton试剂类型 影响Fenton反应的因素 Fenton试剂在处理难降解有机废水中的应用 Fenton试剂存在的问题及发展方向
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1 发展历史
什么是Fenton试剂？ 1894年，英国人H.J.H.Fenton发现，在酸
Fe2++H2O2+H+→Fe3++H2O+·OH
（0）
由于Fenton试剂在许多体系中确实有羟基化作
用，所以Harber Weiss机理得到普遍承认，有时人
们把式（0）称为Fenton反应。
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2 Fenton试剂的催化机理及氧化性能
2.2 氧化性能 Fenton试剂之所以具有非常高的氧化能力，
是因为H2O2在Fe2+的催化作用下，产生羟基自由 基·OH，羟基自由基·OH与其他氧化剂相比具 有更强的氧化电极电位，具有很强的氧化性能 。氧化还原电位以电极电位为测定值，羟基Байду номын сангаас 由基与其他强氧化剂电极电位见表1。