Fenton试剂在催化降解有机污染物中的应用及研究进展文献综述

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1、文献综述Fenton试剂在催化降解有机污染物中的应用及研究进展前言高级氧化技术被广泛应用于处理难降解有机工业废水。与其他高级氧化技术相比，Fenton氧化技术具有快速高效、可产生絮凝、设备简单、成本低、技术要求不高等优点，在工业废水处理研究中应用较为广泛。Fenton试剂是Fe2+和H2O2的结合，二者反应生成具有高反应活性和很强氧化能力的羟基自由基•OH，•OH无选择性，能与大多数有机物作用使其降解以至矿化。随着环境科学技术的发展，近三十年来，Fenton法派生出许多分支，如光–Fenton法、电–Fenton法、超声–Fenton法等。因此，从广义上讲可以把除普通F

2、enton法外，其余的通过H2O2产生羟基自由基处理有机物的技术称为类Fenton试剂法。虽然Fenton试剂在处理难生物降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水时有其它方法无法比拟的优点，但是单独使用Fenton试剂处理废水成本会很高。所以近年来，Fenton试剂与其它技术（如生物法、絮凝法、吸附法等）联合处理废水也得到了广泛的研究和应用。从发展历程来看，Fenton法基本上是沿着光化学、电化学以及和其它方法联用的3条路线向前发展的。1Fenton试剂氧化机理经典Fenton试剂是法国科学家Fenton[1]于1894年发现的：在酸性条件下，H2O2在Fe2+离子催化作用

3、下可有效地将酒石酸氧化。1964年Eisenhouser[2]首次使用Fenton试剂处理苯酚及烷基苯废水，开创了Fenton试剂在环境污染物处理中应用的先例。经典Fenton试剂在水处理中作用主要包括对有机物氧化和混凝两种作用。1.1自由基生成及氧化原理：Fenton试剂之所以具有很强氧化能力，是因为H2O2被Fe2+催化分解生成羟基自由基(•OH)，并引发产生更多的其它自由基。其详细反应机理如下：Fe2++H2O2→Fe3++OHˉ+•OHk1=76L•(mol/L•s)-1(1)Fe3++H2O2→Fe2++HO2•+H+k2=0.002～0.01L•(mol/L

4、•s)-1(2)Fe2++•OH→Fe3++OHˉk3=3×108L•(mol/L•s)-1(3)Fe3++HO2•→Fe2++O2+H+k4﹤2×103L•(mol/L•s)-1(4)•OH+H2O2→H2O+HO2•k5=2.7×107L•(mol/L•s)-1(5)Fe2++HO2•→Fe3++HO2k6=1.2×106L•(mol/L•s)-1(6)反应所生成的•OH具有较高的电负性或电子亲和能，它能够通过夺取有机污染物分子中的H原子、填充未饱和的C—C键等反应途径使各种有机污染物结构发生碳链断裂而迅速降解。降解机理如下：RH+•OH→R•+H2Ok7=107～

5、1010L•(mol/L•s)-1(7)R•+O2→ROO•k8=109L•(mol/L•s)-1(8)R•+Fe3+→R++Fe2+(9)RO•+•OH+O2→···→CO2+H2O(10)上述整个体系反应十分复杂，其关键是通过Fe2+在反应起激发和传递作用，使链反应能持续进行直至H2O2耗尽。但从反应式（1）到（8）中各式的反应速率常数可以看出：产生•OH的反应式（1）是整个反应过程的起始步，反应式（2）是速控步，•OH的生成量取决于Fe2+和H2O2的浓度。适当地增大Fe2+和H2O2的浓度有利于提高有机污染物的降解效率。但根据反应式（3）和（5）可以看出，过量的

6、Fe2+和H2O2会成为•OH的捕获剂。因此，经典Fenton试剂处理难降解有机工业废水时，Fe2+和H2O2最佳比例显得非常重要。1.2絮凝作用机理：经典Fenton试剂在对一些实际废水处理过程中存在现象有时候难以用羟基自由基·OH机理解释。Walling和Kato[3]研究指出，Fenton试剂在处理有机工业废水时会发生反应产生铁水络合物。主要反应式如下：［Fe(H2O)6］3++H2O→［Fe(H2O)5OH］2++H3O+(11)［Fe(H2O)5OH］2++H2O→［Fe(H2O)4(OH)2］++H3O+(12)当pH值为3～5时，上述络合物变成：2［Fe(

7、H2O)5OH］2+→［Fe(H2O)8(OH)2］4++2H2O(13)［Fe(H2O)8(OH)2］4++H2O→［Fe2(H2O)7(OH)3］3++H3O+(14)［Fe2(H2O)7(OH)3］3++［Fe(H2O)5OH］2+→［Fe3(H2O)7(OH)4］5++2H2O(15)从以上反应方程式可以看出：利用经典Fenton试剂处理有机工业废水能取得较好处理效果，不是单纯因为•OH作用，这种絮凝功能同样起到了重要作用。2类Fenton试剂2.1光/Fenton在紫外光条件下，除了发生反应式(10)，H2O2在紫外光下也会分解