Fenton法及其在廢水處

Fenton法及其在廢水處理中的

應(yīng)用與發(fā)展Company

Logo第1頁(yè)，共20頁(yè)。Contents1.Fenton試劑的概念2.Fenton試劑催化氧化的機(jī)理

3.Fenton在污水處理中的研究

5.Fenton的展望

4.Fenton法與其他方法聯(lián)用Company

Logo第2頁(yè)，共20頁(yè)。Concept什么是Fenton試劑？

Fenton試劑是由H2O2和Fe2+混合而成的一種氧化能力很強(qiáng)的氧化劑。其氧化機(jī)理主要是在酸性條件下(一般pH<3.5)，利用Fe2+作為H2O2的催化劑，生成具有很強(qiáng)氧化電性且反應(yīng)活性很高的·OH，形成的·OH通過(guò)電子轉(zhuǎn)移等途徑使水中有機(jī)物被氧化分解成為小分子，同時(shí)Fe2+被氧化成Fe3+產(chǎn)生混凝沉淀，將大量有機(jī)物凝結(jié)而去除。Company

Logo第3頁(yè)，共20頁(yè)。Mechanism繁殖鏈終止鏈引發(fā)

K1K4Fe2++H2O2Fe3++OH-+HO?Fe2++HO?Fe3++HO-HO?+RHH2O+R?K2R++H2OROH+H+R?+Fe3+

R++Fe2+K3…..Company

Logo第4頁(yè)，共20頁(yè)。AdvantagesFenton試劑具有下列特點(diǎn)：(1)氧化能力強(qiáng)。(2)過(guò)氧化氫分解成羥基自由基的速度很快，氧化速率也較高。(3)羥基自由基具有很高的電負(fù)性或親電性。(4)處理效率較高，處理過(guò)程中不引入其他雜質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。(5)由于是一種物理化學(xué)處理方法，很容易加以控制，比較容易滿足處理要求，甚至可以降解濃度為10級(jí)的污染物。(6)既可以單獨(dú)使用，也可以與其他工藝聯(lián)合使用，以降低成本，提高處理效果。如果將生物氧化法作為預(yù)處理，其去除有機(jī)物的效果將會(huì)更好。(7)對(duì)廢水中干擾物質(zhì)的承受能力較強(qiáng)，操作與設(shè)備維護(hù)比較容易，使用范圍比較廣。(8)Fe(OH)3，膠體能在低pH值范圍內(nèi)使用，而在低pH值范圍內(nèi)有機(jī)物大多以分子態(tài)存在，比較容易去除，這也提高了有機(jī)物的去除效率。Company

Logo第5頁(yè)，共20頁(yè)。隨著pH的升高，Cu(II)-H2O2對(duì)甲基橙的催化氧化降解效果越來(lái)越差。pH為3.0時(shí)，反應(yīng)30min后，甲基橙的去除率已達(dá)100％，而當(dāng)pH為11.0時(shí),反應(yīng)30min后,甲基橙的去除率僅為20％。這表明過(guò)高的pH不僅不會(huì)激發(fā)羥基自由基的產(chǎn)生，相反會(huì)加速羥基自由基的消失,事實(shí)上很多涉及羥基自由基的實(shí)驗(yàn)正是通過(guò)調(diào)節(jié)pH到堿性終止催化氧化反應(yīng)田。因此本實(shí)驗(yàn)的最佳pH值確定為3.0。Company

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隨著反應(yīng)溫度的升高，Cu(II)-H2O2對(duì)甲基橙的催化氧化降解速率越來(lái)越快，溫度升高至80℃時(shí)，反應(yīng)5min后甲基橙的去除率已接近100％。而在室溫下反應(yīng)20min后甲基橙的去除率只有10％。這表明溫度的升高，降低了產(chǎn)生羥基自由基反應(yīng)的活化能，使得產(chǎn)生羥基自由基的反應(yīng)更易于進(jìn)行，有利于羥基自由基的產(chǎn)生，同時(shí)還可看出，60℃條件下，甲基橙的最終去除率與80℃下相近，這是由于過(guò)高溫度加速了H2O的分解所致，因此，不能片面追求高溫下的較大催化氧化速率而忽略了H2O的受熱分解，從而降低了氧化劑的有效利用率。因此本實(shí)驗(yàn)選擇的最佳溫度為60℃。Company

Logo第7頁(yè)，共20頁(yè)。隨著硫酸銅用量的增加,Cu(II)-H2O2對(duì)甲基橙的去除率增加,當(dāng)硫酸銅用量為0.5g時(shí)，去除率達(dá)到最大，然后隨著硫酸銅量的增加，去除率開始下降。Company

Logo第8頁(yè)，共20頁(yè)。Mechanism機(jī)理Company

Logo第9頁(yè)，共20頁(yè)。光Fenton法H2O2+hv一2HO·Fe(OH)2+

一Fe2++·OHFe(ROO)2+一Fe2++CO2+·RFenton電Fenton法陽(yáng)極：FeFe2+

陰極：4H++4e4H2H2

Company

Logo第10頁(yè)，共20頁(yè)。Company

Logo第11頁(yè)，共20頁(yè)。光Fenton法UV—TiO2/Fenton法UV／Fenton法UV—vis／草酸鐵絡(luò)合物／H2O2法Company

Logo第12頁(yè)，共20頁(yè)。UV/Fenton法文獻(xiàn)文獻(xiàn)應(yīng)用劉勇弟等證明紫外光和Fe2+對(duì)H2O2的催化分解存在協(xié)同效應(yīng)，即紫外光和Fe2+共存時(shí)的H2O2分解速率遠(yuǎn)大于單獨(dú)Fe2+或紫外光存在時(shí)的H2O2分解速率的簡(jiǎn)單加和徐向榮研究了不同金屬離子與紫外光存在下H2O2對(duì)染料羅丹明B溶液的氧化反應(yīng)催化結(jié)果為Fe2+／UV>Cu2+／UV>Fe2+>Cu2+>Mn2+／UV>Ag+／

UV，并證明紫外光和亞鐵離子對(duì)H2O2的催化作用存在協(xié)同效應(yīng)，與Fenton法相比，光Fenton法可提高有機(jī)物的礦化程度，但能耗大、成本高、只適用于處理低濃度的有機(jī)廢水。將紫外光引入Fenton反應(yīng)已成功地降解了有機(jī)染料、硝基酚、甲基對(duì)硫磷、氯代苯氧型除草劑、三硝基甲苯等難降解有機(jī)廢水以及高氯酸等劉勇弟，徐壽昌．紫外一Fenton試劑作用機(jī)理及在廢水處理中的應(yīng)用[J]．環(huán)境化學(xué)，1994,13(4)：302—306．徐向榮，王文華，李華．Fenton試劑與染料溶液的反應(yīng)．環(huán)境科學(xué)[J]．1999，20(．3)：72—74．Company

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UV—vis／草酸鐵絡(luò)合物／H2O2法

UV—vis／H2O2

草酸鐵絡(luò)合物法與光Fenton法相比，優(yōu)越性表現(xiàn)在：①具有較強(qiáng)的利用紫外光的能力；②·OH的產(chǎn)率高，草酸鐵絡(luò)合物可在一定程度上循環(huán)利用

所以采用UV—vis／H2O2／草酸鐵絡(luò)合物法可進(jìn)一步提高有機(jī)物礦化程度．又使廢水處理成本降低。但該法仍存在自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制不完善、對(duì)可見光利用率低且穿透力不強(qiáng)等缺點(diǎn)Company

Logo第14頁(yè)，共20頁(yè)。UV—TiO2/Fenton法據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，往UV／Fenton法中引入光敏性半導(dǎo)體材料TiO2，構(gòu)成UV—TiO2／Fenton法，這是UV／Fenton法與UV／TiO2法的復(fù)合。它對(duì)有機(jī)物的光解速率大于UV／TiO2法和UV／Fenton法的簡(jiǎn)單加和。由于TiO2對(duì)UV／Fenton氧化反應(yīng)具有催化作用．被引入到UV／Fenton法后使得該體系表現(xiàn)出很強(qiáng)的光氧化能力。

TiO2在UV照射下降解有機(jī)物具有以下優(yōu)勢(shì)：①?gòu)U水中很多溶解的或分散的有機(jī)物能被降解；②廢水的處理效率高。程滄滄．尚忠梅．胡德之等．Uv—Ti02，F(xiàn)enton試劑系統(tǒng)處理制藥廢水的研究[J]．環(huán)境科學(xué)研究，2001．14(2)：33—35．Company

Logo第15頁(yè)，共20頁(yè)。電Fenton法研究成果可分為4類EF—H2O2法EF—Fere法EF—Feox法FSR法Company

Logo第16頁(yè)，共20頁(yè)。EF—H2O2法EF—Feox法FSR法EF—Fere法又稱陰極電Fenton法，即把氧氣噴到電解池的陰極上，使之還原為H2O2，H2O2與加入的Fe2+發(fā)生Fenton反應(yīng)。該法不用加H2O2，有機(jī)物降解很徹底，不易產(chǎn)生中間毒害物。但由于目前所用的陰極材料多是石墨、玻璃炭棒和活性炭纖維，這些材料電流效率低,H2O2產(chǎn)量不高。又稱犧牲陽(yáng)極法。電解情況下與陽(yáng)極并聯(lián)的鐵將被氧化成Fe2+，F(xiàn)e2+與加入的H2O2發(fā)生Fenton反應(yīng)。該法對(duì)有機(jī)物的去除效果高于EF—H2O2法，但需加H2O2，且耗電能，故成本比普通Fenton法高又稱Fe3+循環(huán)法。FSR系統(tǒng)包括一個(gè)Fenton反應(yīng)器和一個(gè)將Fe(OH)3還原為Fe2+的電解裝置。FSR系統(tǒng)可加速Fe3+向Fe2+的轉(zhuǎn)化，提高了·OH產(chǎn)率。該法的缺點(diǎn)是pH操作范圍窄，pH值必須小于1。該法與FSR法的原理基本相同，不同之處在于EF—Fere系統(tǒng)不包括Fenton反應(yīng)器，F(xiàn)enton反應(yīng)直接在電解裝置中進(jìn)行。該法pH操作范圍大于FSR法，要求pH值必須小于2.5，電流效率高于FSR法。比較：EF—Feox法、FSR法、EF—Fere法處理污水效果好，成本比普通Fenton法還高。EF—H2O2法雖可自動(dòng)產(chǎn)生H2O2，但反應(yīng)慢，H2O2產(chǎn)量低，不適合高濃度污水的處理Company

Logo第17頁(yè)，共20頁(yè)。Fenton法和其它方法的聯(lián)合Fenton試劑和生化法聯(lián)合處理主要適用于以下四種類型的廢水①難生物降解廢水；②含有少量難生物降解有機(jī)物可生化廢水；③抑制性廢水；④污染物的生物降解中間產(chǎn)物具有抑制性廢水超聲波對(duì)有機(jī)污染物的降解主要是通過(guò)它的空化機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。超聲空化是指液體中的微小氣核在超聲波作用下被激活，表現(xiàn)為泡核的振蕩、生長(zhǎng)、收縮、崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程。這些條件足以打開結(jié)合力很強(qiáng)的化學(xué)鍵。促進(jìn)水相燃燒．高溫分解或自由基反應(yīng)．從而達(dá)到降解化學(xué)污染物的目的王九思等采用絮凝沉淀一Fenton氧化法對(duì)印染廢水進(jìn)行處理．篩選最佳的絮凝條件及氧化條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明．此法可使印染廢水的COD從1400mg/L降至70mg/L以下．廢水ODD與色度去除率分別為95％和97％，出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。此法具有去除率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、占地面積小、操作方便、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)?；钚蕴渴悄衔⑿〗Y(jié)晶部分和非結(jié)晶部分混合組成的碳素物質(zhì),比表面積大,活性炭表面含有大量酸性或堿性基團(tuán)，這些基團(tuán)的存在,特別是羥基、酚羥基的存在使活性炭不僅具有吸附能力,而且具有催化作用Fenton試劑+活性炭法Fenton試劑+混凝法Fenton試劑+超聲波法Fenton試劑+生物法楊琦等采用膜--生物反應(yīng)器和Fenton氧化組合工藝對(duì)丙烯腈廢水進(jìn)行處理。后續(xù)Fenton氧化工藝處理膜生物反應(yīng)器出水,可以使COD含量等指標(biāo)達(dá)到所要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)膜---生物處理與Fenton法結(jié)合的優(yōu)化工藝。COD去除率達(dá)到80％-88％,BOD5去除率達(dá)到98％,出水水質(zhì)可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。楊琦.尚海濤.王雪蓮等．Fenton氧化膜-生物反應(yīng)器出水丙烯腈實(shí)驗(yàn)研究[J]．現(xiàn)代地質(zhì)．2004，18(5)：408．王九思．韓相思．趙紅花．絮凝沉淀-Fenton氧化處理印染廢水[J]．蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001，20(6)：68．Company

Logo第18頁(yè)，共20頁(yè)。Fenton法的發(fā)展方向

Fenton法是一種具有很大應(yīng)用潛力的廢水處理技術(shù)。隨著研究的深入．Fenton法得以不斷的改進(jìn)和發(fā)展，出現(xiàn)了各種組合體系?？偟膩?lái)看，是由普通Fenton法朝光化學(xué)和電化學(xué)兩個(gè)方向發(fā)展的。光Fenton法的主要優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)物礦化程度好，因此其發(fā)展方向應(yīng)是加強(qiáng)對(duì)聚光式反應(yīng)器的研制，以便提高光量子的利用效率.電Fenton法的主要優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制較完善，但目前還處于試驗(yàn)開發(fā)階段，所用的陰極材料多是石墨玻璃碳棒和活性碳纖維這些材料，電流效率低，H2O2產(chǎn)量不高因