电芬顿技术的研究进展_周蕾

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1、第39卷第10期水处理技术Vol.39No.1062013年10月TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTOct.,2013电芬顿技术的研究进展周蕾，周明华（南开大学环境科学与工程学院，天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室，天津300071）摘要：电芬顿技术是近年来在水处理技术中发展起来的一种新型电化学高级氧化技术，由于其可以在原位产生芬顿试剂，因此受到越来越多的关注。介绍了电芬顿法的基本原理，并从阴极材料和金属催化剂两方面论述了电芬顿技术的研究进展，并对今后的发展进行了展望。关键词：电芬顿；阴极材料；芬顿试剂；水

2、处理技术中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2013)10-0006-0061电芬顿法的基本原理后由1级动力学反应（6）转化为Fe2+和氢过氧游离基（HO·）[6]；2电芬顿法的研究始于20世纪80年代，是近年Fe3++HO2→Fe2++HO·+H+；（4）22来在水处理技术中发展起来的一种基于芬顿化学反Fe3++HO[FeIII(HO)]2++H+，[1-3]222应的电化学高级氧化技术。电芬顿反应的基本原-3；（5）K=3.1×10理是溶解氧在适合的阴极材料表面通过发生两电子[FeIII(HO)]

3、2+→Fe2++HO·，k=2.7×10-3s-1。（6）221的氧还原反应（ORR）产生过氧化氢（H2O2），如公③Fe3+与HO·反应实现的Fe2+再生，如式（7）2+2式（1）所示，生成的H2O2能够与溶液中的Fe催化所示[7]，在这里需要指出的是，与·OH相比，HO·的2剂反应产生强氧化剂羟基自由基（·OH），如式（2）氧化活性要低得多，因此其对于有机污染物的降解所示[4]，通过芬顿反应产生·OH的过程已被化学探[5]能力相对较弱。在电芬顿系统中，HO2·可以由H2O2针测试以及自旋捕获等光谱技术所证实。实际应和·OH的反应

4、产生，如式（8）所示[8]：用中常利用·OH无选择性的强氧化能力达到去除Fe3++HO·→Fe2++O·+H+，k=2×103L·mol-1·s-1；（7）222难降解有机物的目的。HO·OH→HO+HO·，k=2.7×107L·mol-1·s-1。（8）O+2H++2e-→HO；（1）22+222222④Fe3+与超氧离子O·-反应实现Fe2+的再生，HO+Fe2+→[Fe(OH)]2+→Fe3++·OH+OH-，2222如式（9）所示[9]，O·-是HO·不同pH条件下的另一-1·s-1。（2）22k2=53L·mol存在形式，

5、如式（10）所示[10]：在电芬顿系统中，由于具有催化功能的Fe2+能Fe3++O·-→Fe2++O，k=5×107L·mol-1·s-1。（9）222够通过多种途径实现有效的还原，因此只体系中仅HO·H++O·-，pK=4.8。（10）22需要少量的铁盐存在即可。实现途径包括：⑤Fe3+与有机物自由基R·反应实现Fe2+的再①Fe3+直接在阴极的电子还原为Fe2+，如式（3）生，如式（11）所示，根据有机化合物基团R的不同所示；（如－OH、－OR、氨氮基团等），其反应动力学常数Fe3++e-→Fe2+。（3）约为k=107～108

6、L·mol-1·s-1[7，9]；但是，R·也参与如式②Fe3+与HO发生类芬顿反应实现的Fe2+再222（12）所示的氧化过程，同时也伴随着聚合湮灭的过生，如式（4）所示。该反应由两步转化过程组成，反应程（式（13））。过程中首先生成式（5）所示的加合物[FeIII(HO)]2+，随2Fe3++R·→Fe2++R+；（11）收稿日期：2013-04-12基金项目：国家自然科学基金项目（51178225，21273120）；教育部博士点基金项目（20110031110025）；天津市自然科学基金项目（09JCYBJC08000）作者

7、简介：周蕾（1985－），女，博士研究生，从事污水处理与资源化研究；联系电话：022-66229619；E-mail：zhoumh@nankai.edu.cn周蕾等，电芬顿技术的研究进展7R·+Fe2++H+→Fe3++RH；（12）O+2HO+4e-→4OH-；（17）22R·+R·→R－R。（13）O+e-→O-。（18）22与传统的化学芬顿法相比，电芬顿法具有独特无论是酸性或碱性的介质条件，电化学过氧化的优点：①电芬顿法可以实现原位生产H2O2，有效反应系统都不可避免的存在伴生反应过程，如H2O2避免试剂在运输、储存或者处理方

8、面的风险；②由于在阴极表面的电化学还原过程如式（19）所示，以及电芬顿系统内可以实现HO的原位生产和Fe2+的由于HO的不稳定性而在溶液中发生的分解过程2222阴极还原，因此反应过程中不需要或者只需投加少如式（20）所示，从而导致体系