過氧化氫及Fenton氧化技術

1、劉政軍2016級地球化學過氧化氫及Fenton氧化技術基本原理Fenton反應路徑及影響因素Fenton法的研究與應用過氧化氫（ H2O2 ）分子中的氧是-1價，具有還原性和氧化性，因此過氧化氫具有氧化還原性。其氧化還原性在不同的酸，堿和中性條件下有所不同。使用過氧化氫作為氧化劑，由于其分解產(chǎn)物為水和二氧化碳，不產(chǎn)生二次污染，是一種綠色氧化劑。無論它在酸性還是在堿性溶液中都是強氧化劑，只有在遇見高錳酸鉀等更強的氧化劑時表現(xiàn)為還原性。酸性溶液中用過氧化氫氧化的反應往往很慢，堿性溶液中氧化反應很快，而水中它的氧化還原性由電位決定。過氧化氫及Fenton氧化技術基本原理過氧化氫溶液中存在的微量雜質，

2、如金屬離子（Fe3+，Cu2+）、非金屬、金屬氧化物等都能催化過氧化氫的均相和非均相分解；Fenton試劑是指在天然或人為添加的亞鐵離子（Fe2+）時，與過氧化氫發(fā)生作用，能夠產(chǎn)生高反應活性的羥基自由基（OH）的試劑；過氧化氫還可以在其他催化劑（如Fe，UV254等）以及其他氧化劑（O3）的作用下，產(chǎn)生氧化性極強的羥基自由基（OH），使水中的有機物得以氧化而降解Fe()Fe()HO2(O2-)O2,OH-(H+)H2O+HOH2O2+H+Fenton反應路徑及影響因素l 在水溶液中的主要反應路徑是生成具有高度氧化性和反應活性的OH;但在過氧化氫過量的情況下，還可以生成HO2(O2-)等具有還原

3、活性的自由基；另外過氧化氫還可以自行分解或直接發(fā)生氧化作用，那種路徑占主導作用取決于環(huán)境條件?？偡磻匠淌剑簎pH值的影響uH2O2濃度的影響u催化劑（Fe2+）濃度的影響u反應溫度的影響lFenton試劑是在酸性條件下發(fā)揮作用的，在中性和堿性的條件下Fe2+不能催化H2O2生成OH;l按照經(jīng)典的Fenton試劑反應理論，pH升高不僅抑制了OH的產(chǎn)生，而且使溶液中的Fe2+以氫氧化物的形式沉淀而失去催化作用；l當pH低于3時，溶液中的H+濃度過高，F(xiàn)e3+不能順利地被還原成Fe2+，催化反應受阻。l隨著H2O2的用量增加，COD的去除首先增大，而后出現(xiàn)下降；l當H2O2的濃度過高的時候，過量的

4、H2O2,不僅不能通過分解產(chǎn)生更多的OH,反而一開始就將Fe2+氧化為Fe3+，而且過量的H2O2自身的分解作用也更明顯?；瘜W需氧量（Chemical Oxygen Demand）是以化學方法測量的水樣中需要被氧化的還原性物質的量l Fe2+是催化產(chǎn)生自由基的必要條件；l 再無Fe2+的情況下，過氧化氫很難分解產(chǎn)生自由基，當Fe2+的濃度過低時，自由基的產(chǎn)生量和產(chǎn)生速率都很小，降解過程受到抑制；l 當Fe2+過量時，它還原H2O2且自身氧化成Fe3+，消耗藥劑的同時增加出水色度。并且隨著Fe2+的濃度增加，COD去除率不再增加反而有減少的趨勢。l 對Fenton試劑反應體系而言，適當?shù)臏囟燃せ?/p>

5、了自由基，而過高的溫度會加速促進H2O2的分解作用，生成H2O和O2，減少自由基的產(chǎn)生。1894年，H.J.H.Fenton報導了在做用過氧化氫氧化酒石酸的過程中，加入少量的亞鐵鹽能有效催化反應進程。其后的一些研究發(fā)現(xiàn)過氧化氫和亞鐵鹽混合的水溶液體系可以有效地氧化很多種有機物，將其幾乎完全氧化為二氧化碳和水。因為這種超高的性能，后人將這種體系稱為Fenton（芬頓）試劑。120過去了，隨著不斷的深入研究，人們把紫外線、電化學、超聲波等引入Fenton試劑中，而派生出了類 Fenton 法，這些方法都是在常規(guī) Fenton 法的原理與基礎上進一步改進反應條件，使其氧化能力得到很大的增強，因而也越

6、來越受到人們的關注。類Fenton法改良Fenton法光-Fenton法電-Fenton法超聲-Fenton法l 用Mn2+、Cu2+、Co2+取代Fe2+催化H2O2產(chǎn)生OH l 活性炭、沸石等吸附劑作為催化劑金屬離子的載體,減少其流失，提高利用率l 在常規(guī) Fenton 體系中引入了紫外線l 可以提高對有機污染物的處理效率和降解程度，提高 H2O2的利用率，減少鐵離子的流失l 在常規(guī) Fenton 法的基礎上引入了電化學方法l H2O2(溶解氧通過電化學的方法轉化而來)與Fe3+或Fe2+(依靠電化學方法通過犧牲陽極所產(chǎn)生)構成Fenton試劑；或者外加Fe3+/Fe2+及H2O2組成 F

7、enton體系l Fenton 試劑與超聲處理聯(lián)用l 使H2O和溶解在水中的O2發(fā)生裂解反應生成大量OH、O和HOO等一系列高活性的自由基團對污染物進行降解馮柏林等Fenton 法的反應機理及類 Fenton 法的應用研究應用水體污染修復土壤有機污染治理Fenton氧化技術具有以下優(yōu)點：(1)產(chǎn)生大量非?；顫姷牧u基自由基,其氧化還原電位為2.8 V僅次于氟(2.87V),它作為反應的中間活性物種,具有很高的氧化活性;(2)羥基自由基無選擇地直接與廢水中的污染物反應,將其降解為無毒、易生物降解的小分子物質,甚至將其礦化為CO2、水及無機鹽類,不會產(chǎn)生二次污染;(3)使用H202或分子氧作為氧化劑,其反應具有原位綠色特性；(4)既可作為單獨處理技術應用,也可與其它處理過程相結合,降低處理成本 隨著人們對Fenton氧化反應的研究逐漸深入，這項新興的環(huán)境修復技術越來越廣泛的應用于土壤有機物污染的治理。Kao和Wu將Fe