Fenton法及其在废水处

Fenton法及其在废水处理中的

应用与发展Company

Logo第1页，共20页。Contents1.Fenton试剂的概念2.Fenton试剂催化氧化的机理

3.Fenton在污水处理中的研究

5.Fenton的展望

4.Fenton法与其他方法联用Company

Logo第2页，共20页。Concept什么是Fenton试剂？

Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合而成的一种氧化能力很强的氧化剂。其氧化机理主要是在酸性条件下(一般pH<3.5)，利用Fe2+作为H2O2的催化剂，生成具有很强氧化电性且反应活性很高的·OH，形成的·OH通过电子转移等途径使水中有机物被氧化分解成为小分子，同时Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，将大量有机物凝结而去除。Company

Logo第3页，共20页。Mechanism繁殖链终止链引发

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

R++Fe2+K3…..Company

Logo第4页，共20页。AdvantagesFenton试剂具有下列特点：(1)氧化能力强。(2)过氧化氢分解成羟基自由基的速度很快，氧化速率也较高。(3)羟基自由基具有很高的电负性或亲电性。(4)处理效率较高，处理过程中不引入其他杂质，不会产生二次污染。(5)由于是一种物理化学处理方法，很容易加以控制，比较容易满足处理要求，甚至可以降解浓度为10级的污染物。(6)既可以单独使用，也可以与其他工艺联合使用，以降低成本，提高处理效果。如果将生物氧化法作为预处理，其去除有机物的效果将会更好。(7)对废水中干扰物质的承受能力较强，操作与设备维护比较容易，使用范围比较广。(8)Fe(OH)3，胶体能在低pH值范围内使用，而在低pH值范围内有机物大多以分子态存在，比较容易去除，这也提高了有机物的去除效率。Company

Logo第5页，共20页。随着pH的升高，Cu(II)-H2O2对甲基橙的催化氧化降解效果越来越差。pH为3.0时，反应30min后，甲基橙的去除率已达100％，而当pH为11.0时,反应30min后,甲基橙的去除率仅为20％。这表明过高的pH不仅不会激发羟基自由基的产生，相反会加速羟基自由基的消失,事实上很多涉及羟基自由基的实验正是通过调节pH到碱性终止催化氧化反应田。因此本实验的最佳pH值确定为3.0。Company

Logo第6页，共20页。

随着反应温度的升高，Cu(II)-H2O2对甲基橙的催化氧化降解速率越来越快，温度升高至80℃时，反应5min后甲基橙的去除率已接近100％。而在室温下反应20min后甲基橙的去除率只有10％。这表明温度的升高，降低了产生羟基自由基反应的活化能，使得产生羟基自由基的反应更易于进行，有利于羟基自由基的产生，同时还可看出，60℃条件下，甲基橙的最终去除率与80℃下相近，这是由于过高温度加速了H2O的分解所致，因此，不能片面追求高温下的较大催化氧化速率而忽略了H2O的受热分解，从而降低了氧化剂的有效利用率。因此本实验选择的最佳温度为60℃。Company

Logo第7页，共20页。随着硫酸铜用量的增加,Cu(II)-H2O2对甲基橙的去除率增加,当硫酸铜用量为0.5g时，去除率达到最大，然后随着硫酸铜量的增加，去除率开始下降。Company

Logo第8页，共20页。Mechanism机理Company

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

一Fe2++·OHFe(ROO)2+一Fe2++CO2+·RFenton电Fenton法阳极：FeFe2+

阴极：4H++4e4H2H2

Company

Logo第10页，共20页。Company

Logo第11页，共20页。光Fenton法UV—TiO2/Fenton法UV／Fenton法UV—vis／草酸铁络合物／H2O2法Company

Logo第12页，共20页。UV/Fenton法文献文献应用刘勇弟等证明紫外光和Fe2+对H2O2的催化分解存在协同效应，即紫外光和Fe2+共存时的H2O2分解速率远大于单独Fe2+或紫外光存在时的H2O2分解速率的简单加和徐向荣研究了不同金属离子与紫外光存在下H2O2对染料罗丹明B溶液的氧化反应催化结果为Fe2+／UV>Cu2+／UV>Fe2+>Cu2+>Mn2+／UV>Ag+／

UV，并证明紫外光和亚铁离子对H2O2的催化作用存在协同效应，与Fenton法相比，光Fenton法可提高有机物的矿化程度，但能耗大、成本高、只适用于处理低浓度的有机废水。将紫外光引入Fenton反应已成功地降解了有机染料、硝基酚、甲基对硫磷、氯代苯氧型除草剂、三硝基甲苯等难降解有机废水以及高氯酸等刘勇弟，徐寿昌．紫外一Fenton试剂作用机理及在废水处理中的应用[J]．环境化学，1994,13(4)：302—306．徐向荣，王文华，李华．Fenton试剂与染料溶液的反应．环境科学[J]．1999，20(．3)：72—74．Company

Logo第13页，共20页。

UV—vis／草酸铁络合物／H2O2法

UV—vis／H2O2

草酸铁络合物法与光Fenton法相比，优越性表现在：①具有较强的利用紫外光的能力；②·OH的产率高，草酸铁络合物可在一定程度上循环利用

所以采用UV—vis／H2O2／草酸铁络合物法可进一步提高有机物矿化程度．又使废水处理成本降低。但该法仍存在自动产生H2O2的机制不完善、对可见光利用率低且穿透力不强等缺点Company

Logo第14页，共20页。UV—TiO2/Fenton法据文献报道，往UV／Fenton法中引入光敏性半导体材料TiO2，构成UV—TiO2／Fenton法，这是UV／Fenton法与UV／TiO2法的复合。它对有机物的光解速率大于UV／TiO2法和UV／Fenton法的简单加和。由于TiO2对UV／Fenton氧化反应具有催化作用．被引入到UV／Fenton法后使得该体系表现出很强的光氧化能力。

TiO2在UV照射下降解有机物具有以下优势：①废水中很多溶解的或分散的有机物能被降解；②废水的处理效率高。程沧沧．尚忠梅．胡德之等．Uv—Ti02，Fenton试剂系统处理制药废水的研究[J]．环境科学研究，2001．14(2)：33—35．Company

Logo第15页，共20页。电Fenton法研究成果可分为4类EF—H2O2法EF—Fere法EF—Feox法FSR法Company

Logo第16页，共20页。EF—H2O2法EF—Feox法FSR法EF—Fere法又称阴极电Fenton法，即把氧气喷到电解池的阴极上，使之还原为H2O2，H2O2与加入的Fe2+发生Fenton反应。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多是石墨、玻璃炭棒和活性炭纤维，这些材料电流效率低,H2O2产量不高。又称牺牲阳极法。电解情况下与阳极并联的铁将被氧化成Fe2+，Fe2+与加入的H2O2发生Fenton反应。该法对有机物的去除效果高于EF—H2O2法，但需加H2O2，且耗电能，故成本比普通Fenton法高又称Fe3+循环法。FSR系统包括一个Fenton反应器和一个将Fe(OH)3还原为Fe2+的电解装置。FSR系统可加速Fe3+向Fe2+的转化，提高了·OH产率。该法的缺点是pH操作范围窄，pH值必须小于1。该法与FSR法的原理基本相同，不同之处在于EF—Fere系统不包括Fenton反应器，Fenton反应直接在电解装置中进行。该法pH操作范围大于FSR法，要求pH值必须小于2.5，电流效率高于FSR法。比较：EF—Feox法、FSR法、EF—Fere法处理污水效果好，成本比普通Fenton法还高。EF—H2O2法虽可自动产生H2O2，但反应慢，H2O2产量低，不适合高浓度污水的处理Company

Logo第17页，共20页。Fenton法和其它方法的联合Fenton试剂和生化法联合处理主要适用于以下四种类型的废水①难生物降解废水；②含有少量难生物降解有机物可生化废水；③抑制性废水；④污染物的生物降解中间产物具有抑制性废水超声波对有机污染物的降解主要是通过它的空化机制来实现的。超声空化是指液体中的微小气核在超声波作用下被激活，表现为泡核的振荡、生长、收缩、崩溃等一系列动力学过程。这些条件足以打开结合力很强的化学键。促进水相燃烧．高温分解或自由基反应．从而达到降解化学污染物的目的王九思等采用絮凝沉淀一Fenton氧化法对印染废水进行处理．筛选最佳的絮凝条件及氧化条件。实验结果表明．此法可使印染废水的COD从1400mg/L降至70mg/L以下．废水ODD与色度去除率分别为95％和97％，出水达到排放标准。此法具有去除率高、设备简单、占地面积小、操作方便、不产生二次污染等优点。活性炭是南微小结晶部分和非结晶部分混合组成的碳素物质,比表面积大,活性炭表面含有大量酸性或碱性基团，这些基团的存在,特别是羟基、酚羟基的存在使活性炭不仅具有吸附能力,而且具有催化作用Fenton试剂+活性炭法Fenton试剂+混凝法Fenton试剂+超声波法Fenton试剂+生物法杨琦等采用膜--生物反应器和Fenton氧化组合工艺对丙烯腈废水进行处理。后续Fenton氧化工艺处理膜生物反应器出水,可以使COD含量等指标达到所要求的排放标准。经过膜---生物处理与Fenton法结合的优化工艺。COD去除率达到80％-88％,BOD5去除率达到98％,出水水质可达排放标准。杨琦.尚海涛.王雪莲等．Fenton氧化膜-生物反应器出水丙烯腈实验研究[J]．现代地质．2004，18(5)：408．王九思．韩相思．赵红花．絮凝沉淀-Fenton氧化处理印染废水[J]．兰州铁道学院学报(自然科学版)，2001，20(6)：68．Company

Logo第18页，共20页。Fenton法的发展方向

Fenton法是一种具有很大应用潜力的废水处理技术。随着研究的深入．Fenton法得以不断的改进和发展，出现了各种组合体系。总的来看，是由普通Fenton法朝光化学和电化学两个方向发展的。光Fenton法的主要优点是有机物矿化程度好，因此其发展方向应是加强对聚光式反应器的研制，以便提高光量子的利用效率.电Fenton法的主要优点是自动产生H2O2的机制较完善，但目前还处于试验开发阶段，所用的阴极材料多是石墨玻璃碳棒和活性碳纤维这些材料，电流效率低，H2O2产量不高因