Fenton法处理难降解有机废水.ppt

Fenton法处理难降解有机废水1发展历史1发展历史2.1催化机理对于Fenton试剂催化机理目前公认的是Fenton试剂能通过催化分解产生羟基自由基（·OH）进攻有机物分子并使其氧化为CO2、H2O等无机物质。这是由HarberWeiss于1934年提出的。在此体系中·OH实际上是氧化剂反应反应式为：Fe2++H2O2+H+→Fe3++H2O+·OH（0）由于Fenton试剂在许多体系中确实有羟基化作用所以HarberWeiss机理得到普遍承认有时人们把式（0）称为Fenton反应。2.2氧化性能Fenton试剂之所以具有非常高的氧化能力是因为H2O2在Fe2+的催化作用下产生羟基自由基·OH羟基自由基·OH与其他氧化剂相比具有更强的氧化电极电位具有很强的氧化性能。氧化还原电位以电极电位为测定值羟基自由基与其他强氧化剂电极电位见表1。2Fenton试剂的催化机理及氧化性能由表1可以看出·OH的氧化还原电位远高于其他氧化剂具有很高的氧化能力故能使许多难生物降解及一般化学氧化法难以氧化的有机物有效分解·OH具有较高的电负性或电子亲和能。对于多元醇（乙二醇、甘油）以及淀粉、蔗糖、之类的碳水化合物在·OH作用下分子结构中各处发生脱H（原子）反应随后发生C＝C键的开裂最后被完全氧化成CO2。对于水溶性高分子物（聚乙烯醇、聚丙烯醇钠、聚丙烯酰胺）和水溶性丙烯衍生物（丙烯腈、丙烯酸、丙烯醇、丙烯酸甲酯等）·OH加成到C＝C键使双键断裂然后将其氧化成CO2。对于饱和脂肪族一元醇（乙醇、异丙醇）饱和脂肪族羧基化合物（醋酸、醋酸乙基丙酮、乙醛）主链为稳定的化合物·OH只能将其氧化为羧酸由复杂大分子结构物质氧化分解成直碳链小分子化合物。对于酚类有机物低剂量的Fenton试剂可使其发生偶合反应生成酚的聚合物；大剂量的Fenton试剂可使酚的聚合物进一步转化成CO2。对于芳香族化合物·OH可以破坏芳香环形成脂肪族化合物从而消除芳香族化合物的生物毒性。对于染料·OH可以直接攻击发色基团打开染料发色官能团的不饱和键使染料氧化分解。而色素的产生是因为其不饱和共轭体系的存在而对可见光有选择性的吸收·OH能优先攻击其发色基团而达到漂白的效果。2.3作用机理H2O2在Fe2+的催化作用下分解产生·OH其氧化电位达到2.8eV是除元素氟外最强的无机氧化剂它通过电子转移等途径将有机物氧化分解成小分子。同时Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀去除大量有机物。可见Fenton试剂在水处理中具有氧化和混凝两种作用。Fenton试剂自出现以来就引起了人们的广泛青睐和重视并进行了广泛的研究为进一步提高对有机物的氧化性能以标准为基础发展成了一系列机理相似的类Fenton试剂如改性-Fenton试剂、光-Fenton试剂、电-Fenton试剂、配体-Fenton试剂等。3.1标准Fenton试剂标准Fenton试剂是由Fenton试剂Fe2+和H2O2组成的混合体系它通过催化分解H2O2产生·OH来攻击有机物分子夺取氢将大分子有机物降解成小分子有机物或CO2和H2O或无机物。反应过程中溶液的pH值、反应温度、H2O浓度和Fe3+的浓度是影响氧化效率的主要因素一般情况下pH值为3~5为Fenton试剂氧化的最佳条件pH值得改变将影响溶液中铁的形态的分布改变催化能力。降解速率随反应温度的升高而加快但去除效率并不明显。在反应过程中Fenton试剂存在一个最佳的H2O2和Fe2+投加量比过量的H2O2会与·OH发生反应（5）过量的Fe2+会与·OH发生反应（3）、（6）生成的Fe3+又可能引发反应（2）。3.2改性-Fenton试剂利用Fe(Ⅲ)盐溶液、可溶性铁以及铁的氧化矿物（如赤铁矿、针铁矿等）同样可使H2O2催化分解产生·OH达到降解有机物的目的这类改性Fenton试剂因其铁的来源较为广泛且处理效果比标准Fenton试剂处理效果更为理想所以得到广泛应用。使用Fe(Ⅲ)替代Fe(Ⅱ)与H2O2组合生成·OH反应式基本为：Fe3++H2O2→[Fe(HO2)]2++H+(10)[Fe(HO2)]2+→Fe2++HO2·(11)Fe2++H2O2→Fe3++HO·+OH-(12)为简单起见上述反应中铁的络合体中都省去了H2O。当pH＞2时还可能存在如下反应：Fe3++OH-→[Fe(OH