电芬顿技术研究进展

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1、电芬顿技术研究进展王雅1.芬顿试剂简介1893年，化学家FentonHJ发现，过氧化氢(H2O2)与二价铁离子Fe2+的混合溶液具有强氧化性，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，它能有效的氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物。芬顿试剂反应机理芬顿试剂能有效氧化去除难降解有机物,其实质是H2O2在Fe2+的催化作用下生成羟基自由基(·OH)。羟基自由基·OH具有强氧化性和很强的亲电加成性能,可将大多数有机物氧化分解成小分子物质。芬顿试剂具有很强的氧化能力在于其中含有F

2、e2+和H2O2。其主要反应机理为：Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-Fenton法类型传统Fenton法类Fenton法电-Fenton法光-Fenton法US-Fenton法微波-Fenton法电-类Fenton法光-芬顿法在紫外光条件下，H202会分解，反应式为：H202+hv→2HO·该反应的发生，降低了Fe2+的用量，减少了Fe2+的二次污染，同时也保持了H202较高的利用率。同时紫外光和Fe2+对H2O2的催化分解存在协同效应，即紫外光和Fe2+共存时H202的分解速率远大于Fe2+或紫外光时

3、H2O2分解速率的简单加和。微波-芬顿法微波是一种电磁波，其波长在1mm一1m之间。微波辐射液体能使其中的极性分子产生高速旋转而产生热量，同时改变体系热力学函数，降低活化能和分子的化学键强度。目前，微波消除污染物的研究正处于试验阶段，国内外报道较少，微波辐射下Fenton试剂氧化催化法是降解水中有机污染物的一种有效方法，与Fenton试剂法相比，能够显著缩短反应时间，提高降解产率，具有较大的工业应用潜力。2.电芬顿法电芬顿法是利用电化学法产生的Fe2+和H2O2作为芬顿试剂的持续来源，两者产生后立即作用而生成具有高

4、度活性的羟基自由基，使有机物得到降解。优点：●不需或只需加入少量化学药剂。●不会产生二次污染。●电解过程控制的参数只有电流和电压，易于实现自动控制。●Fe2+和H2O2以相当的速率持续产生，起初有机物的降解速率较慢，但能保证长时间持续有效地降解，污泥量少，后处理简单。电芬顿法的分类及基本原理⑴电芬顿——H2O2法H2O2由O2在阴极还原产生，Fe2+由外界加入。在电解池的阴极(氧扩散阴极)上曝氧气或空气,O2在阴极上产生还原反应(酸性条件下)生成H2O2，H2O2与加入的Fe2+发生芬顿反应生成·OH，同时得到被氧

5、化的Fe3+，Fe3+在阴极上被还原为Fe2+，Fe2+又与阴极上生成的H2O2发生芬顿反应，形成一个循环。另外还有部分有机物直接在阳极上被氧化为一些中间产物(CO2和H2O)。该法不用加H2O2，有机物降解很彻底，不易产生中间毒害物。但由于目前所用的阴极材料是石墨、炭棒或活性炭纤维，这些材料在酸性溶液中电流效率低，H2O2产量不高。(2)电芬顿-铁氧化法Fe2+由Fe在阳极氧化产生，H2O2由外界加入。电解槽通电时，铁阳极失去两个电子被氧化成Fe2+，Fe2+与加入的H202发生芬顿反应生成·OH。在该体系中导致

6、有机物降解的因素除·OH外，还有Fe(OH)2、Fe(OH)3的絮凝作用，即阳极氧化产生的活性Fe2+、Fe3+可水解成对有机物有强络合吸附作用的Fe(0H)2、Fe(0H)3。该法对有机物的去除效果高于电芬顿-H202法，但需加H2O2，且耗电能，故成本比传统芬顿法高。电解槽内的电极反应如下：阳极Fe-2e-=Fe2+2H2O-4e-=O2+4H+阴极2H2O+2e-=H2+2OH-溶液中的反应Fe2++H2O2=·OH+OH-+Fe3+Fe3++3OH-=Fe(OH)3(3)电芬顿-铁还原法Fe2+由Fe3+在

7、阴极还原产生，H202由外界加入。电芬顿一铁还原系统将一个芬顿反应器和一个Fe(OH)3还原为Fe2+的电解装置合并成一个反应器。Fe3+借助于Fe2(SO4)3或Fe(0H)3污泥产生。每次投加一定量原水，循环泵回流以保证电解槽内的混合效果；初期运行时，加入浓Fe2(SO4)3溶液与废水相混合，以满足初期Fe3+浓度的要求；H2O2通过进料泵连续投加。反应过程中形成的Fe(OH)3经过絮凝和pH调节后可重新使用，系统产生的污泥量少。阴极：阳极：Fe3++e-=Fe2+2H2O-4e-=O2+4H+2H20+2e-

8、=H2+2OH-(4)电芬顿-铁氧化-H2O2法Fe2+由Fe在阳极氧化产生，H2O2由O2在阴极还原产生。以平板铁或铁网为阳极，多孔碳电极(或炭棒)为阴极，在阴极通以氧气或空气。通电时，在阴阳极上将进行相同电化学当量的电化学反应，因为阳极上从Fe→Fe2+和阴极上从O2→H2O2的反应均为二电子反应，因此，理论上在相同的时间内电解槽内将生成相同摩尔数的Fe