Fenton氧化法在废水处理中的应用

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1、Fenton 氧化法在水处理中的研究姓名： 李功达 班级： 环境121 学号：摘要： 本文主要介绍 Fenton 法的原理以及影响 Fenton 氧化法的几种因素，如 pH、反应温度、反应时间等等。另外，介绍了几种类Fenton法，如电-Fenton法、 光-Fenton法、微波-Fenton法等等，同时也将几类方法进行总结，分析其各自优 缺点。在Fenton法中催化剂的处理利用浸渍法、离子交换膜等方法减少Fe2+的溶 出，提高催化剂的回收利用率。关键词： Fenton 氧化法；类 Fenton 法；废水处理；催化氧化Abstract： This article mainly introduc

2、es the principle of Fenton and some factors that affect Fenton oxidation, such as pH, reaction temperature, reaction time, etc. In addition, Fenton similar method, such as electro-Fenton method, optical -Fenton method, microwave -Fenton method, and so on.And also several methods are summarized, thei

3、r respective advantages and disadvantages are analyzed. In the Fenton process, the catalyst was treated by impregnation method, ion exchange membrane, etc. the dissolution of Fe2+ was reduced, and the recovery of catalyst was improved.Keywords:Fenton oxidation;Fenton similar method;Wastewater treatm

4、ent;Catalytic oxidation 前言：Fenton法是一种高级化学氧化法，常用于废水高级处理，以去除COD、色度、 和泡沫等，Fenton试剂一般在pH小于3.5以下进行，在该pH值时其自由基生成 速度最大。Fenton试剂及改进系统在废水处理中的应用可分为两个方面，一是单 独作为一种处理方法氧化有机废水；二是与其他方法连用，如与混凝沉降法、活 性炭法、生物法、光催化等联用。 Fenton 试剂是亚铁离子和过氧化氢的组合，该 试剂作为强氧化剂的应用已有一百多年历史，在精细化工、医药化工、医药卫生、 环境污染治理方面得到广泛应用。1、 Fenton 氧化法原理1Fe2+ H2O2

5、f Fe3+OH+OH(1-1)Fe3+H2O2TFe2+HO2+H+(1-3)HO2+ H2O2亠 + h2o+oh(1-4)RH+OH一 CO2+H2O(1-5)4Fe2+ O2+4H+f 4Fe3+2H2O(1-6)Fe3+OHFe(OH)3(胶体)(1-7)Fe2+OHf Fe3+OH-(1-2)Fe2+与H2O2间反应很快，生成OH,OH与Fe3+共存时，由Fe3+与H2O2缓慢 生成Fe2+, Fe2+再与H2O2迅速反应生成OH,OH与有机物RH反应，使其 繁盛碳链裂变，最终氧化为CO2和H2O,从而使废水的CODC.降低，同时Fe2+ 作为催化剂，最终可悲02氧化为Fe3+,在

6、一定的pH值下，可有Fe(OH)3胶 体出现，它有絮凝作用，可大大降低水中的悬浮物。2、 影响 Fenton 氧化法的几种因素2.1pHpH值是影响Fenton氧化反应的重要因素之一，由于不同pH值下，Fe2+与H2O2 的存在形式不同，从而影响了 Fenton试剂中H2O2的分解速率。Fenton氧化反 应的pH值分为初始pH值与终止pH值，通常认为，Fenton反应的初始值在3-5 之间氧化及催化效果都较好，这与废水中含有某种有机污染物的关系并不 大。在酸性环境中，pH值容易对Fenton试剂产生影响，在碱性或者中性条件 下，双氧水不能被二价铁离子催化产生OH。升高Fenton反应的初始p

7、H值至 中性或者碱性时，溶液中的Fe2+将会形成氢氧化物沉淀而影响了 Fe2+与Fe3+之间的平衡转换，使Fe2+不发挥催化的作用，从降低OH的生成，降低了 Fenton的氧化效率，近而使得废水中总COD去除率下降2-3。降低初始pH值时，一 些研究者认为在强酸条件下，低pH值使得Fenton试剂受到限制，H2O2分解产生OH-而不是OHS；还有一些研究者认为，在强酸条件下，pH值过低，H2O2 与Fe2+的反应活性。Fenton试剂受终了 pH值的影响主要表现在两方面：调会与溶液中的H+反应生成了 H3O2+,使h2o2的稳定性增强，从而降低了 h2o2节终了 pH值，使Fe2+转化成Fe3

8、+,形成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体的絮凝作 用既去除了废水中的有机污染物，又降低了出水的色度，增强了废水的处理效 果6。2.2 亚铁离子浓度Fe2+、过氧化氢是Fenton试剂的主要成分，所以Fe2+的投加量也像过氧化氢的 投加量一样，是影响Fenton反应的重要因素之一。如果Fe2+的用量较低时，Fe2+ 所起的的催化作用较小，同时会产生的0H的相对量会很少，有机物的去除率 不高，但随着Fe2+投加量的增加，催化作用逐渐增强，以至于废水中的COD 的去除率呈现先增加后下降的趋势；若Fe2+投加量过高即催化剂浓度较高时， 反应从一开始将会有大量的OH产生，由于同基质的OH不会那么快

9、的反应， 没有消耗掉的OH会聚积，较多的OH会发生反应而生成H2O，使得部分初始 产生的OH被消耗，降低有机物的去除率，故Fe2+的投加量过高也会使OH的 产生变少，并且Fe2+的剂量过高会增加废水的色度，所以，在废水芬顿氧化 处理过程中，需要严格控制Fe2+的剂量。2.3 反应时间Fenton氧化法处理废水的主要特点就是反应迅速，通常研究表明，在Fenton反 应开始阶段，降解有机物的速度非常快，随着时间的延长，COD去除率增加, 一定时间后COD去除率达到最高，然后COD去除率基本保持不变。如果反 应时间太短，试剂反应不完全，处理效果不好；若果反应时间太长，又会增加 装置的运行成本，所以反

10、应时间也同样是Fenton氧化反应的重要影响因素。在 芬顿氧化反应中，影响OH的生成与反应速率的因素如废水pH值、催化剂种 类与浓度、废水中有机污染物的种类等都将是影响Fenton氧化反应时间的重要 因素8。3、 几种类 Fenton 法的研究及比较3.1 电 Fenton 法电-Fenton反应与普通Fenton反应一样是自由基反应,产生的OH通过： 成形成高电子云密度的双键； 从烷基和羟基上脱氢; 电子转移等途径对有机物进行降解和转化。本对甲醛电-Fenton降解反应机理 进行分析,提出如下反应历程。阴极反应O2+2H+2eH2O2 Eo=O.683V (3-1)Fe3+ + e =Fe2

11、+(3-2)阳极反应4OH-=O2+H2O+4e(3-3)Fenton 反应部分:H2O2+Fe2+=OH+OH-+Fe33-4)OH+Fe2+=OH-+Fe3+(3-5)胡成生,王刚9等研究了以活性炭粒子为填充电极的填充床式电 -Fenton 反应装 置处理自配甲醛毒性有机废水时各影响因子的作用机制 ,通过正交实验和单因 素实验确定了各影响因子的最佳操作条件为:反应时间90min,反应体系pH值 3.5,涂膜炭填充比例40%，电压25V,Fe2+浓度300mg/L,反应温度30C40C . 结合氧化产物的紫外光谱分析,提出甲醛电-Fenton氧化反应机理.利用电-Fenton 试剂氧化法对实

12、际洗胶废水进行连续处理，甲醛及CODC.的去除率分别在90% 及30%左右，运行费用较Fenton试剂法降低42.3%.3.2 光 Fenton 法传统Fenton法反应速度较慢，Fe3+与H2O2缓慢反应生成Fe2+，通过Fe2+与Fe3+ 的不断转换，反应得以顺利进行。光Fenton反应的实质是H202在Fe2+和紫外 光的共同催化作用下分解，在酸性条件下生成具有强氧化性能的羟基自由 基O印，OH能降解大部分有机物。铁盐和紫外光催化H2O2，分解的机理 为：Fe2+H2O2f Fe3+OH+OH-(3-6)Fe3+H2O2f Fe2+qH+H+(3-7)H2O2+UV2OH(3-8)Fe

13、(OH) 2+UVFe2+OH(3-9)如反应(3-6)和反应(3-7)所示，Fenton反应主要是通过Fe2+和Fe3+相互转换， 进而催化H2O2分解产生OH。而光Fenton反应则在铁盐和紫外光的共同催化下进 行.由于反应(3-8)和反应(3-9)的存在，大大提高了OH的产生效率，同时可以减少 了铁盐和h2o2的投加量。3.3 微波 Fenton 法Fenton试剂氧化芳香族化合物主要是靠H2O2在Fe2+的催化作用下生成的具有 强氧化性羟基自由基的作用。而微波加热具有热效应和特殊热效应，能提高催 化氧化的速率、提高 Fenton 试剂的使用率、降低 Fenton 试剂的使用量、缩短 有

14、机污染物降解的时间，从而提高废水处理的效率11。3.4 各种方法的比较下表给出了传统 Fenton 法和其他类 Fenton 法的区别和联系，以及各自的优缺 点。方法反应机理优点缺点传统Fenton法Fe2+催化分解分解H2O2产生OH降解污染物反应条件温和、设备投资省、操作方便、成本较低Fe2+用量大、H2O2利用率不高， 不能充分矿化有机物电-Fenton 法利用电化学法产生的h2o2和Fe2+作为Fenton试剂降解有机物的因素很多，适用于处理高浓度且有毒性的有机物废水电流效率较低、能耗较大，设备和运行费用高光-Fenton 法UV和Fe2+对H2O2催化分解存在协同效应有机物降解速率快

15、、矿化程度高、Fe2+用量减少、h2o2利用率高光能利用率低，能耗较大，设备 和运行费用高，只适宜于处理中 低浓度的废水微波-Fenton法Fe2+和微博协同催化分解H2O2反应速率高、污染物降解程度高，Fenton试剂用量减少，而且微波辐射 可促进溶液中的胶体絮凝。能耗大、运行费用高、出水温度 高4、 Fenton 法的催化剂的处理以及研究Fenton 法的催化剂难以分离和重复使用，反应 pH 低，会生成大量含铁污泥， 出水中含有大量Fe2+会造成二次污染，增加了后续处理的难度和成本近年来， 国内外学者开始研究将Fe2+固定在离子交换膜离子交换树脂氧化铝分子筛膨润 土粘土等载体上，或以铁的氧

16、化物复合物代替Fe2+，以减少Fe2+的溶出，提高 催化剂的回收利用率，扩宽pH的适宜范围。Daud等121用浸渍法将Fe3+固定在 高岭石上催化降解活性黑5(RB5), 150 min内RB5的脱色率达99%Youngmin 等将Fe(II)与壳聚糖(CS)和戊二醛(GLA)的交联物螯合制成Fe(II)-CS/GLA 催化剂，在中性条件下催化降解三氯乙烯(TCE),5h后TCE的降解率达到95%， 而传统Fenton法由于在中性条件下发生铁沉淀而对TCE降解不明显。Plata等 141以针铁矿作为光-Fenton降解2-氯酚的催化剂，探讨了催化剂用量光照强度 等对处理效果的影响，出水中只含有

17、少量铁离子。5、结语与传统的 Fenton 氧化法技术相比，类 Fenton 氧化法具有适用范围广、反应速 率快、氧化能力强、无污染或少污染的优点，在水处理领域具有很好的应用前 景，成为目前水处理领域研究的热点。但目前多种类Fenton氧化技术还处于实 验室研究阶段，存在处理成本高或难以工业化的问题。今后的发展方向是深入 研究类Fenton氧化技术对各种污染物的降解机理、优化反应器的设计、研发高 效稳定的催化剂及催化剂的固定回收技术、提高处理效率、降低处理成本，开 发几种高级氧化技术联合使用的组合技术，使其互补不足、尽快实现工业化应 用。就目前的研究情况来看，单一地使用高级氧化技术降解污染物，

18、处理成本 高、降解不彻底、可能会产生有毒中间体，若与传统的生物处理技术联合使用， 将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法，可充分发挥其处理难降解 污染物的优势，同时达到降低处理成本和提高处理效率的效果。参考文献雷乐成，汪大撀.水处理高级氧化技术M.北京，化学工业出版社，2001.6； 19-20.2 唐玉芳.类Fenton法处理阿莫西林废水的研究D:(硕士学位论文).湖南:湖 南大学,2010.3 CaseroI,SiciliaD,RubioS,etal.Chemiealdegradation ofarom aticaminesby Fenton s reagent.WaterResea

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