环保工艺之——Fenton法在水处理中的应用（一）

什么是Fenton法？

近年来,高级氧化技术用于处理难降解有机废水的研究,已获得显著的进展。高级氧化技术又称深度氧化技术,汇集了现代光、电、声、磁、材料等各相近学科的最新研究成果,有望成为有机废物尤其是难降解有机废物处理的一把“杀手锏”。目前，高级氧化技术主要包括化学氧化、光催化氧化、湿式氧化、超临界水氧化等，其中传统的Fenton氧化法,与其他高级氧化工艺相比,因其操作简单、反应快速、可产生絮凝等优点而备受青睐。Fenton法在处理难降解有机污染物时具有独特的优势,是一种很有应用前景的废水处理技术。1894年,英国人H.J.H.Fenton发现采用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。随着研究的深入,又把紫外光(UV)、草酸盐(C₂O^2-₄)等引入Fenton试剂中,使其氧化能力大大增强。从广义上说,Fenton法是利用催化剂、或光辐射、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。Fenton法的类型及特点

1. 普通Fenton法H₂O₂在Fe²⁺的催化作用下分解产生·OH,其氧化电位达到2.8V,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。Fenton试剂在黑暗中就能降解有机物,节省了设备投资,缺点是H₂O₂的利用率不高,不能充分矿化有机物。研究表明,利用Fe³⁺、Mn²⁺等均相催化剂和铁粉、石墨、铁、锰的氧化矿物等非均相催化剂同样可使H₂O₂分解产生·OH,因其反应基本过程与Fenton 试剂类似而称之为类Fenton体系。如用Fe³⁺代替Fe²⁺,由于Fe²⁺是即时产生的,减少了·OH被Fe²⁺还原的机会,可提高·OH的利用效率。若在Fenton体系中加入某些络合剂(如C₂O^2-4、EDTA等),可增加对有机物的去除率。

2. 光Fenton法

（1） UV/Fenton法当有光辐射(如紫外光、可见光)时,Fenton试剂氧化性能有很大的改善。UV/Fenton法也叫光助Fenton法,是普通Fenton法与UV/H₂O₂两种系统的复合,与该两种系统相比,其优点在于降低了Fe²⁺用量, 提高了H₂O₂的利用率。这是由于Fe³⁺和紫外线对H₂O₂的催化分解存在协同效应。该法存在的主要问题是太阳能利用率仍然不高,能耗较大,处理设备费用较高。

（2）  UV-vis/草酸铁络合物/H₂O₂法当有机物浓度高时,被Fe³⁺络合物所吸收的光量子数很少,且需较长的辐照时间,H₂O₂的投加量也随之增加,·OH易被高浓度的H₂O₂所清除。因而,UV/Fenton法一般只适宜于处理中低浓度的有机废水。当在UV/Fenton体系中引入光化学活性较高的物质(如含Fe³⁺的草酸盐和柠檬酸盐络合物)时,可有效提高对紫外线和可见光的利用效果。草酸铁络合物在pH3～4.9时效果好,柠檬酸铁络合物在pH4.0～8.0时效果好,但因前者具有含Fe³⁺的其他络合物所不具备的光谱特性,所以UV-vis/草酸铁络合物/H₂O₂法更具发展前景。该法提高了太阳能的利用率,节约了H₂O₂用量,可用于处理高浓度有机废水。

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