高級氧化第20組Fenton法及UVFenton法在實際中的應(yīng)用

1、Fenton 法及法及UV/Fenton法法在實際中的運用在實際中的運用目錄目錄 Fenton試劑的原理與不足 UV/Fenton法的原理與優(yōu)點 UV/Fenton試劑降解酸性品紅的研究Fenton 法及UV/Fenton法在實際中的運用1894年，英國人H.J.H.Fenton首次研究表明，H2O2 在Fe2+ 離子的催化作用下具有氧化多種有機物的能力。過氧化氫亞鐵離子Fenton試劑氧化作用同質(zhì)催化劑Fenton 法及法及UV/Fenton法法在實際中的運用在實際中的運用芬頓試劑能有效氧化去除傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)無法去除的難降解有機物H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反應(yīng)活性的羥基自由基

2、(OH)，OH可與大多數(shù)有機物作用使其降解在催化劑Fe2+作用下，H2O2能產(chǎn)生兩種活潑的氫氧自由基，從而引發(fā)和傳播自由基鏈反應(yīng)，加快有機物和還原性物質(zhì)的氧化Fenton試劑一般在pH =3.5下進行，在該pH值時羥基自由基生成速率 最大。Fenton 法及法及UV/Fenton法法在實際中的運用在實際中的運用芬頓試劑在溶液為酸性酸性的條件下產(chǎn)生羥基自由基(OH)反應(yīng)機理基本如下： Fe2+H2O2 Fe3+OH + OH- Fe3+H2O2 Fe2+ HO2+ H+ HO2+ H2O2 O2+ H2O +OH Fenton試劑除了由于產(chǎn)生OH而具有強氧化性外，其還具有絮凝沉淀功 能。其絮凝沉

3、淀功能主要是在處理廢水過程中再生的二 價鐵離子與氫氧化物反應(yīng)生成了具有吸附、凝聚性能的 鐵水絡(luò)合物不足之處過氧化氫( H2O2) 利用率低氧化體系中存在著大量的亞鐵離子和鐵離子，體系中殘留的Fe2+ /Fe3+ 使處理后的水體容易帶有顏色類類Fenton 技術(shù)技術(shù)之之UV/Fenton法法人們把紫外光UV 引入Fenton 體系, 形成了UV/Fenton 法。UV/Fenton 法實際上是Fe2 +/ H2O2 與UV/H2O2 兩種系統(tǒng)的結(jié)合。其優(yōu)點在于降低了Fe2+用量,提高H2O2的利用率。不同之處 1）反應(yīng)體系在紫外光的照射下，三價鐵與水中氫氧根離子的復(fù)合離子可以直接產(chǎn)生羥基自由基并

4、產(chǎn)生二價鐵離子。 2）二價鐵離子可與H2O2進一步反應(yīng)生成羥基自由基，從而 加速水中有機污染物的降解速度。類類Fenton 技術(shù)技術(shù)之之UV/Fenton法法 詳細反應(yīng)機理 Fe2+H2O2Fe3+HO Fe(OH)2+Fe2+HO Fe(OOC-R)2+Fe2+R+CO2 HO+RHH2O+R Fe2+HOFe3+OH-UV/Fenton試劑降解酸性品紅的研究Study on the degradation of acid fuchsine UV/Fenton reagent酸性品紅是水溶性品紅染料的代表性化合物，其結(jié)構(gòu)中含有對生物呈強抑制作用的苯環(huán)，并且為高共軛分子體系，無法采用一般方法將

5、其降解成無機小分子。因此，酸性品紅廢水的處理已成為國內(nèi)外環(huán)境科學(xué)界急需解決的一大難題。為什么選？ 主要就UV/Fenton光催化解酸性品紅進行研究，找出影響光催化反應(yīng)的影響因素，確UV/Fenton光催化降解酸性品紅的最佳反應(yīng)條件，為實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。怎么下手？1. 在酸性品紅再加入定量的Fe2+和H2O2，改變pH，研究pH的變化對酸性品紅降解的影響。2. 在pH一定的酸性品紅中加入定量Fe2+，改變H2O2加入量，研究H2O2變化對酸性品紅降解影響。 3. 在pH一定的酸性品紅中加入定量H2O2，改變Fe2+加入量， 研究Fe2+變化對酸性品紅降解影響。具體操作！取一定體積的酸性品紅溶液,

6、 加入不同濃度的Fe2+，加入H2O2放在紫外燈下光照啟動反應(yīng)當酸性品紅溶液在堿性范圍時會發(fā)生褪色，因此實驗時用HCl或NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值分別為2、3、5和 7，考察反應(yīng)溶液的pH值對酸性品紅去除的影響。05101520253035400.000.250.500.751.001.25 Degradation rate(%)Time/min pH=2 pH=3 pH=5 pH=7初始pH值的影響從圖中可以看出，F(xiàn)enton試劑在酸性條件下效果較好，最佳pH值為3。Fenton試劑生成OH的化學(xué)反應(yīng)式為： Fe2+ + H2O2 OH + Fe3+ + OH (3-1) Fe3+ + H2O2

7、 Fe2+ + HO2+ H+ (3-2) 當溶液pH值過低時，溶液中的H+濃度過高，由反應(yīng)(3-2)知，這時Fe3+不能被順利的還原為Fe2+ ，反應(yīng)(3-1) 生成的OH數(shù)量減少，使酸性品紅的氧化反應(yīng)受阻，因此 pH值為2時的處理效果較差(圖3.1) 。當溶液pH值較高時，溶液中的OH濃度較高，這時會使反應(yīng)(3-1) 受阻，也就是抑制了OH的生成,另外Fe2+、Fe 3+ 在溶液中的存在形式受制于溶液的pH值，上述原因使得pH值為5、7 時的處理效率很低。020400.000.250.500.751.001.25 Degradation rate(%)Time/min H2O2=0.05m

8、l/L H2O2=0.1ml/L H2O2=0.15ml/L H2O2=0.2ml/LH2O2對酸性品紅降解效果 從圖中可以看出H2O2最適用量為0.1 ml/L時，這是這是因為一定量的氧化劑能促進反應(yīng)的進行，氧化劑作為良好的電子受體能夠俘獲催化劑表面e- ，盡可能地削弱了空穴和電子的復(fù)合過程，使它們各自更有效地參與目標反應(yīng)，另外，氧化劑的適量加入還可以抵消反應(yīng)體系缺氧的傾向，可加快反應(yīng)較快地進行。因此，H2O2提高了光催化降解反應(yīng)的速度。020400.000.250.500.751.001.25 Degradation rate(%)Time/min Fe2+=0.08mg/L Fe2+=0

9、.1mg/L Fe2+=0.12mg/LFe2+對酸性品紅降解效果 從圖中可以看出超過一定值時，即使增加催化劑用量 ，降解變化也不是很明顯 。因為在催化劑增加的初期，盡可能多的催化劑意味著有盡可能多有效光子的生成，從而加速了光催化反應(yīng)的速率。但是，當催化劑用量增加到一定程度時，光催化產(chǎn)生的OH自由基的產(chǎn)量一定，催化劑過量時反而會造成光的散射，相互之間對光的掩蔽作用也使有效光子的產(chǎn)生率降低, 導(dǎo)致光催化反應(yīng)速率的下降。因此可以看出Fe2+最適用量為0.1 mg/L。(1) UV 照射對反應(yīng)起了十分重要的促進作用,光的存在加速了酸性品紅的光解,UV 條件下不僅能促進羥基自由基的產(chǎn)生,而且還加強了Fe2 + 的還原性.(2) H2O2 的濃度決定酸性品紅的去除率,而Fe2 + 的濃度是影響降解速率的主導(dǎo)因素. 在UV/ Fenton試劑體系中,Fe2 + 以較低的濃度就可以取得良好的降解速率.(3) pH 值對反應(yīng)影響比較大,隨pH 值的降低,反應(yīng)速率明顯增大.結(jié)論UV/Fenton法法的局限性的局限性1.UV/Fenton法處理染料雖具有很好的效果，但僅限于酸性環(huán)境下。在堿性條件下，去除率會大幅下降。因此，UV/Fento