芬頓試劑處理有機廢水的研究進展

1、芬頓法處理有機廢水的研究與應(yīng)用進展摘 要：芬頓法是一種高級的氧化技術(shù), 具有較高的去除難降解有機污染物的能力。本人分別介紹了普通芬頓法、光-芬頓法以及電-芬頓法的氧化機理，并概述了芬頓法在有機廢水處理中的應(yīng)用進展。關(guān)鍵詞：芬頓法 氧化機理 有機廢水中圖分類號: X703 文獻標(biāo)識碼:A1894年，化學(xué)家 Fenton HJ 發(fā)現(xiàn)，過氧化氫(H2O2 )與二價鐵離子 Fe2 +的混合溶液具有強氧化性，可以將當(dāng)時很多已知的有機化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機態(tài)，對于其中比較一般的有機物可完全被氧化為無機態(tài)，氧化效果十分明顯。但因其氧化性極強，難以作為有機合成所需的選擇性氧化劑，此后半個多世紀(jì)中，人

2、們對這種氧化性試劑的應(yīng)用并不多。直到進入20世紀(jì)70年代，芬頓試劑才在環(huán)境化學(xué)中找到了它的位置。20世紀(jì)70年代，水環(huán)境的污染成為世界性難題，而持久性有機污染物(指難降解的有機物)的降解問題，是污染控制化學(xué)中的研究重點。環(huán)境化學(xué)家們不久就發(fā)現(xiàn)，已沉寂了半個多世紀(jì)的芬頓試劑在氧化降解持久性有機污染物方面有獨特的優(yōu)勢。不久芬頓試劑用于氧化降解持久性有機物的報道便不斷出現(xiàn)。到目前作為廢水的深度氧化法(AOP)中的一主流方法，芬頓試劑的應(yīng)用范圍正在不斷擴展。11 芬頓試劑的氧化機理芬頓試劑具有很強的氧化能力在于其中含有Fe2+和H2O2。其反應(yīng)機理為：Fe2+ H 2O2 Fe3+ ·OH

3、+ OH -Fe3+ H 2O2 Fe2+ ·HO2 + H +Fe2+·OH Fe3+ OH-Fe 3+·HO2 Fe2+ O2 + H +芬頓試劑反應(yīng)速度快，由于反應(yīng)條件不同,反應(yīng)速度會產(chǎn)生一定的差異，但 H2O2的消耗速度是很快的。芬頓試劑反應(yīng)體系復(fù)雜，關(guān)鍵是 H2O2 在 Fe2+催化下生成的·OH，其氧化能力僅次于氟，高達2.80 V。另外，·OH具有很高的電負(fù)性或親電性，其電子親和能力高達 569.3 kJ ，具有很強的加成反應(yīng)特性。因此，芬頓試劑可以氧化水中的大多數(shù)有機物，適合處理難生物降解和一般物理化學(xué)方法難以處理的廢水。2Fe

4、nton處理廢水的類型 2 . 1普通 Fenton法H2O2在 Fe2 +的催化作用下分解產(chǎn)生·OH，其氧化電位是除元素氟外最強的無機氧化劑，它通過電子轉(zhuǎn)移等途徑將有機物氧化分解成小分子。同時, Fe2 +作為催化劑最終被 O2氧化成 Fe3 +，在一定條件下，可有 Fe(OH)3膠體出現(xiàn)，它有絮凝作用，可大量地去除水中的懸浮物。普通Fenton試劑法在黑暗中就能破壞有機物,具有設(shè)備投資省的優(yōu)點。但其存在兩個缺點：一是不能充分礦化有機物,初始物質(zhì)部分轉(zhuǎn)化為某些中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物或與Fe3 +形成絡(luò)合物，或與羥基自由基·OH的生成路線發(fā)生競爭,并可能對環(huán)境的危害更大;二

5、是 H2 O2的利用率不高。為此人們把紫外線引入 Fenton體系,形成了 UV /Fenton法。2 . 2光-芬頓法普通芬頓法過氧化氫的利用率低,有機物礦化不充分, 如果把光照(紫外光或可見光 )引入標(biāo)準(zhǔn)芬頓體系,可以大大提高其對有機物處理效率及對有機物的降解程度,這種紫外或可見光照射下的 Fenton試劑體系被稱為光-Fenton試劑。但光-芬頓試劑的缺點是處理費用較高。詳細(xì)的反應(yīng)機理如下：Fe2+ H 2O2 Fe3+ ·OH + OH -Fe(OH)2+Fe2+HO·Fe(OOCR)2+ Fe2+R·+CO2HO·+RHR·+H2OF

6、e2+HO·Fe3+OH-2 . 3 電-芬頓法電-芬頓試劑就是在電解槽中通過電解反應(yīng)生成 H2O2 或 Fe2+, 從而形成芬頓試劑,并讓廢水流入電解槽,由于電化學(xué)作用,使反應(yīng)機制得到改善,從而提高了試劑的處理效果。該法綜合了電化學(xué)反應(yīng)和芬頓氧化, 充分利用了二者的氧化能力。它與光-芬頓法相比自動產(chǎn)生 H2 O2的機制較完善。導(dǎo)致有機物降解的因素較多, 除·OH 的氧化作用外,還有陽極氧化、電吸附等。具體反應(yīng)機理如下:3 芬頓法處理有機廢水的應(yīng)用進展3 . 1 普通芬頓法在有機廢水處理中的應(yīng)用安立超等2利用芬頓法對含硝基苯類生產(chǎn)廢水進行處理,廢水的 CODcr、 硝基苯含

7、量(NB) 及色度的去除率分別達到 60 %、90 %和 82 %以上，廢水的可生化性得到較大幅度的提高。余宗學(xué)3 用 Fent on法預(yù)處理含間二硝基苯生產(chǎn)廢水,廢水的 CODcr、 硝基苯含量 (NB) 及色度的去除率分別達到 60%、88% 和 82% 以上,廢水的可生化性得到較大幅度的提高,為后續(xù)處理創(chuàng)造了條件。王濱松等4 研究表明，在 pH為 4、 Fe2 + = 1 mmol /L時， H2O2濃度對于orange BN、navy RGB和 red RGB分別為 700 mg/L、662mg/L和 833 Hig/E。如溫度在 80，反應(yīng)60 min時, orange BN、nav

8、y RGB和 red RGB廢水的 COD去除率分別達到 88.9%、98.3%和 93.4%。姜波,李芬,劉碩等5采用 Fenton技術(shù)對苯酚廢水的處理效果進行了研究,考察了催化劑的用量、氧化劑的用量、粉煤灰的用量和 pH值對芬頓試劑氧化苯酚的影響。研究表明,當(dāng) pH值為3, H2O2的加入量為 0.3mol, Fe2+ 的加入量為 0.5mmo1的條件下,反應(yīng)在10min內(nèi)基本完成,苯酚的去除率達到97%;當(dāng) Fent on試劑的組分不變,粉煤灰投加量為 016g/L時,苯酚降解率在 99%以上,去除效果穩(wěn)定。歐曉霞等6研究了酸性品紅在 Fent on體系中的降解過程，反應(yīng) 30 min后

9、，在 Fe2 +0 = 0.06 mmol /L、 H2O2 0 =0.3 mmol /L、pH = 3、T = 30 的條件下，初始濃度為 20 mg/L的酸性品紅的去除率達到 97%以上。升高反應(yīng)溫度，有利于Fent on體系中酸性品紅的降解，但影響并不顯著。根據(jù)不同溫度下的速率常數(shù)，并結(jié)合 Arrhenius方程求出了 Fent on試劑降解酸性品紅的反應(yīng)活化能，僅為 11.63 kJ /mol。Cl-的存在對酸性品紅在 Fenton體系中的降解表現(xiàn)出明顯的阻礙作用，并且隨著Cl-濃度的增加，抑制作用越來越大；SO42 -和 NO3 -的存在也降低了 Fent on試劑的氧化性能。3 .

10、 2 光-芬頓法在有機廢水處理中的應(yīng)用 鐘妮華等6在自然光源下，應(yīng)用H2O2/草酸鐵絡(luò)合物法對偶氮染料(剛果紅,甲基橙)降解過程進行試驗研究，且同TiO2和 WO3法進行了對比，以剛果紅為目標(biāo)物，1h后, 該法的降解率達 98.3%，而TiO2法的降解率為 24%，WO法的降解率為 10%?？梢?，通過日光/草酸鐵絡(luò)合物/ H2O2的作用,可有效凈化含染料廢水。劉瓊玉等7用太陽光助 Fenton體系法氧化降解苯酚廢水的研究結(jié)果表明,反應(yīng)的適宜 pH值在 34的酸性范圍內(nèi),適量 Fe2 +參與的太陽光-Fenton反應(yīng)有助于苯酚的降解,但 Fe2 +用量過高反而不利于苯酚的降解。采用分批次投加的方

11、式可明顯提高H2O2的利用效率,降低H2O2的消耗量。苯酚廢水降解的主要中間產(chǎn)物為苯醌和有機酸，一定程度的太陽光-Fent on預(yù)氧化處理可使廢水的 BOD5 /CODcr比值由 0.10提高到 0.32，可生化性明顯提高。張慧俐8在處理合成洗滌劑廢水時研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)合成洗滌劑廢水 COD值不超 800mg/L時，F(xiàn)enton試劑在溶液中的最佳量是: Fe2 +濃度 44.5mg/L, H2 O2濃度1656mg/L，最佳 pH 值為 3，紫外光波長范圍為 240300nm，經(jīng)紫外光Fenton試劑法處理后廢水如果直接排放，光照時間應(yīng)不少于 180min，如果后續(xù)用生物法進一步處理，光照時間以

12、60120min為宜。3 . 3 電-芬頓法在有機廢水處理中的應(yīng)用吳躍輝等9通過試驗，確定了采用紫外光助Fenton法處理濃度為10mg/ L 的苯酚廢水，最佳條件為H2O2濃度為0.15mol/ L；FeSO4濃度為0.015mol/ L ；pH = 3.5左右。反應(yīng)時間40min左右。周廣躍等10用電解法對苯酚廢水進行了處理，以活性炭纖維為陰極，鐵為陽極，并向陰極不斷通人空氣，電解過程中生成的 H2O2與陽極溶解的 Fe2 +形成 Fenton試劑，在最佳試驗條件下，苯酚的去除率能夠達到 90%以上，取得了很好的去除效果，并且有效地降低了Fenton試劑的成本。4 結(jié)語芬頓法在有機廢水處理

13、中有著重要的地位，有著其他工藝無法相比的優(yōu)點。本文根據(jù)前人的研究列出了普通芬頓、光-芬頓、電-芬頓的反應(yīng)機理與應(yīng)用進展。Fenton法處理有機廢水，反應(yīng)迅速且分解氧化徹底，因此該技術(shù)將越來越受到重視并不斷完善和發(fā)展。5 參考文獻1 伏廣龍,徐國想,祝春水等.芬頓試劑在廢水處理中的應(yīng)用J. 環(huán)境科學(xué)與管理,2006.318:133-135.2安立超,余宗學(xué),嚴(yán)學(xué)億等. 利用芬頓試劑處理硝基苯類生產(chǎn)廢水的研究J.環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2001 . 24.3余宗學(xué).利用 Fenton試劑預(yù)處理間二硝基苯生產(chǎn)廢水J.環(huán)境污染與防治, 2002.24 (5)：282 - 284 .4王濱松,黃君禮,張杰.Fenton試劑氧化活性染料廢水的研究J.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2005.37 ( 9) :1280 - 1282 .5 姜波,李芬,劉碩等. 芬頓試劑處理苯酚廢水的實驗研究J.黑龍江環(huán)境通報.2009.33(4):15-16,22.5 歐曉霞,張鳳杰,王崇等.芬頓氧化法處理水中酸性品紅的研究J.環(huán)境工程學(xué)報,2010.4(7):1453-1456.6鐘妮華,許嘉琳,薛紀(jì)渝.日光作用下草酸鐵/過氧化氫體系中偶氮染料降解的試驗研究J.太陽能學(xué)報,1999