fenton氧化法

Fenton氧化处理染料废水的研究—高级氧化法（AOPs)之一指导教师：李继学生：吕小梅本研究的主要内容：Fenton试剂对印染废水的脱色效果非常好。另外，国内外的研究还证明用Fenton试剂可有效地处理含油废水、含醇废水、含苯系物废水、含硝基苯废水及含酚废水等通过阅读资料，了解有关Fenton体系方面的知识。本研究对Fenton试剂法、光助Fenton法、微波Fenton法、混凝Fenton法等染料废水处理方法的原理、影响因素、优缺点、发展前景等内容进行介绍.高级氧化技术（AOPs）通常分为三类：①Fenton试剂法及类Fenton试剂法②O3氧化法③UV法概述普通Fenton处理染料废水光助Fenton法处理染料废水电-Fenton法处理染料废水Fenton法与其他技术耦合处理染料废水染料废水概念染料废水是指棉、毛、化纤等纺织产品在预处理、染色、印花和整理过程中所排放的废水。废水中染料成分复杂，主要是以芳烃和杂环化合物为母体，并带有显色基因(如—N=N，—N=O)及极性基因(如—SO3Na、—OH、—NH2).染料废水的特性水量大，全世界每年随废水排放到环境中的染料约6万吨；浓度高，色泽深，影响水体外观，色度大，影响日光透射,不利于水生生物生长；以有机污染物为主，废水中的大部分污染物是天然或合成有机物；处理难度较大，染料属于高度稳定的有机物，可生化性差，是较难处理的工业废水之一；有毒性，染料废水中含有强生物毒性的物质，如苯对人的神经和心血管系统有明显的毒性；染料废水处理工艺介绍生物处理法，目前应用最多，好氧微生物处理法占绝大多数；物理处理法，应用最多的是吸附法，用活性炭、粘土、树脂等物质滤去水中溶解性的染料有机物；化学处理法，包括混凝法、氧化法、电解法，Fenton试剂法是属于氧化法．Fenton试剂的概念1894年，法国科学家Fenton发现在酸性条件下，过氧化氢中加入二价铁或者二价铜离子后，具有较强的氧化能力，可有效氧化酒石酸：2H++C4H6O6+2Fe2++6H2O2→4CO2+10H2O+2Fe3+后人为了纪念这一发现，将Fe2+/H2O2称之为Fenton试剂，Fenton试剂介导的反应称之为Fenton反应．20世纪60年代，Eisenhauer首先应用Fe2+/H2O2体系处理苯酚废水和烷基苯废水，此后Fenton法在有机废水处理中的研究应用越来越受到重视．Fenton试剂反应机理Fenton试剂是通过催化分解H2O2产生羟基自由基氧化有机物分子，将大分子有机物降解成小分子有机物，或矿化成为CO2和H2O等无机污染物，其在水中的作用主要包括氧化和混凝两种作用：1.一方面，H2O2与Fe2+反应生成·OH，通过电子转移等途径引发和传播自由基链反应，将水中的有机物质转化为CO2和H2O；2.另一方面，生成的Fe(OH)3胶体具有絮凝、吸附功能，可部分去除水中有机物反应方程式如下：Fe2+＋H2O2→Fe3+＋·OH＋OH－Fe2+＋·OH→Fe3+＋OH－Fe3+＋H2O2→Fe2+＋HO2·＋H＋HO2·＋H2O2→O2＋H2O＋·OHRH＋·OH→R·＋H2OR·＋Fe3＋→R＋＋Fe2+R＋＋O2→ROO＋→CO2＋H2O4Fe2+＋O2＋4H＋→4Fe3+＋2H2OFe2+＋2OH－→Fe(OH)2Fe3+＋3OH－→Fe(OH)3(胶体)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O→4Fe(OH)3(胶体)影响因素pH值双氧水的量催化剂（Fe2+）的添加共存离子的影响Fenton处理染料废水的性能与应用：优点氧化能力强过氧化氢分解羟基自由基速度很快，氧化速率也较高羟基自由基具有很高的电负性和亲点性，很容易进攻高电子云密度点处理效率较高,不产生二次污染容易加以控制，容易满足处理要求，甚至可以降解浓度为10-9级的污染物既可以单独使用，也可以与其它工艺联合使用，以降低成本，提高处理效果。存在的缺点亚铁离子浓度较大时，处理后的水中可能带有颜色，影响感官效果反应在较低PH值范围亚铁离子和过氧化氢反应降低了过氧化氢的利用率，导致处理成本提高对饮用水的深度处理应用研究还不够Fenton法在染料废水处理上的发展趋势及前景Fenton反应的的改进方案应运而生，主要体现在对催化剂的改进和对反应条件的改进两个方面。其对Fenton试剂的改进主要主要体现：对催化中心Fe2+或Fe3+在介质中的存在状态进行改进提高氧化物种H2O2催化部位的活性，以使溶解氧能作为氧化剂应用或提高H2O2的利用率对Fenton反应条件的改进主要是采用引进光（可见光或者紫外光）辐射进行协同催化，提高Fenton反应的速率；引入不同的小分子物质促进Fenton反应；与其它的手段协同进行（如电化学、超声波等）来提高反应速率。光助Fenton法处理染料废水光助Fenton法是Fenton法发展的一大重要趋势.可以分成两类:UV/Fenton法和可见光Fenton法.光助Fenton法反应原理H2O2在光照条件下,产生·OH，Fe2+在光照条件下,可以部分转化为Fe3+,转化的Fe3+在pH=5.5的介质中可以水解生成羟基化的Fe(OH)2+,Fe(OH)2+在光作用下又可转化为Fe2+,同时产生·OH，其它的反应机制与普通Fenton法相类似.反应特性和前景展望氧化效率高,降解彻底,能减少氧化剂的量.可见光-Fenton体系利用的可见光属于可再生、无污染的自然资源，简单易得，成本低廉，尤其其在对含有毒、有色染料污染物的废水的处理具有独特的优势，且环保是当今世界的一大主题，因此可见光-Fenton成为了废水处理研究中的一大热点.电-Fenton法处理染料废水电-Fenton法是将电解原理应用于Fenton体系而形成的一项高级氧化技术，电-Fenton法的的研究成果可基本分为以下四类:(1)EF-H2O2法,又称阴极电-Fenton法。即把氧气喷到电解池的阴极上，使还原为H2O2，H2O2与加入的Fe2+发生Fenton反应。(2）EF-Feox法,又称牺牲阳极法,电解情况下与阳极并联的铁将被氧化成为Fe2+，Fe2+与加入的H2O2发生Fenton反应。(3)FSR法,又称Fe3+循环法。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,加快了Fe3+和Fe2+之间的循环，加快反应的进行。(4)EF-Free法,该法与FSR法的原理基本相同，不同之处在于EF-Free法系统包括Fenton反应器，Fenton反应直接在电解装置中进行。前景展望目前对电-Fenton法的研究正处在新的试验开发阶段，与其它电解水处理技术一样，电-Fenton法的电流效率较低，这就限制了的广泛应用。电-Fenton法的发展方向应该是：（1）合理设计电解池的结构，加强对三维电极的研究，以利于提高电流效率、降低能耗。（2）加强对EF-H2O2体系中阴极材料的研制，新阴极材料应具有与氧气接触面积大、对氧气生成的反应起催化作用等特点。（3）加强对阳极电-Fenton法研究，即把工业电解制H2O2的方法引入到Fenton体系。电解情况下，硫酸根在阳极区产生S2O82-,S2O82-进一步水解为H2O2。将阳极制取H2O2法引入Fenton体系而形成的水处理方法可称为阳极电-Fenton法。另外，S2O82-的氧化作用有利于有机物的降解。Fenton法与其它技术耦合处理染料废水除了以上介绍的Fenton法与电解、光耦合形成的废水处理技术外，近年来，人们逐渐把新的技术引入研究，如把超声波、微波、混凝等引入Fenton体系形成了超声波强化Fenton法、微波强化Fenton法、混凝强化Fenton法等废水处理方法，并且逐渐出现多种技术与Fenton试剂耦合的探索研究。超声波强化Fenton法超声波是指频率比人耳所能听到的频率范围更高（即16KHz）的弹性波，能产生约4000K和100Mfa的瞬时局部高温高压环境（热点），同时以约110Mpa的速度产生具有强烈冲击力的微射流和冲击波。气泡内部的气体分子(水与其他气体)在热点达到超临界状态，并分解成羟基自由基、超氧基等，进而引发超声化学反应。有机物在热点发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解、超临界氧化、自由基氧化等反应，加上声场中的质点振动，次级衍生波等，为有机物提供了其他方法难以达到的多种降解途径。一般认为，水中的有机污染物可直接在超声产生的高温高压“空化泡”中分解，或者被自由基氧化。超声波与Fenton法耦合应用于染料废水处理，具有协同效应，效率远远大于单独的超声技术和Fenton法的简单相加。混凝-Fenton法混凝法处理印染废水是基于传统的胶体混凝脱稳理论,即通过压缩双电层、电中和、吸附架桥和网捕沉降的机理,除去染料大分子物质。混凝法可以去除废水中的微小悬浮颗粒、胶体颗粒、悬浮染料、分散染料、还原染料、硫化染料以及水溶性染料中分子量较大的部分直接染料等。混凝法是含染料废水处理的常用方法。微波强化Fenton法微波是指波长为0.001～1m，频率为300～300000MHz的电磁波。微波具有很多的特性：微波电磁场能使液体中的极性染料大分子产生高速的旋转碰撞而产生热效应；改变体系的热力学函数，降低反应的活化能和分子的化学键强度，使易于被降解；微波辐射会使表面产生许多“热点”，这些热点处的能量比其他部位高得多，有利于染料分解；微波还有非热效应，即在微波场中，剧烈的极性分子震荡，能使化学键断裂；在微波场条件下,由于Fenton反应体系持续受到微波场的辐射,体系温度将持续上升,从而降低了体系的反应活化能加快反应速率，使染料去除率总是高于常规Fenton条件下的去除率，结论染料废水具有水量大、有机物含量高、可生化性差、有毒、水质波动大等特性，是废水处理工业的重点和难点作为高级氧化技术的先驱，Fenton法氧化能力强，反应速率快，处理效率高，抗干扰能力强，但是存在反应PH值范围严格、引起的色度等缺陷，尤其对引用水的深度处理应用研究还不够。光助Fenton法是Fenton体系的一大重要分支，包括UV/Fenton法和可见光Fenton法。两者较普通Fenton法都具有对染料废水降解彻底、H2O2利用率高、降低Fe的用量等优点，而可见光Fenton法较UV/Fenton法又有价格低廉、环保节能、对有色染料降解效果较好等优势，是探索研究的最主要的方向。电-Fenton法是将电解原理应用于Fenton体系而形成的一项高级氧化技术，包括有EF-H2O2法、EF-Feox法、FSR法、EF-Free法四种。电Fenton法的研究正处在新的试验开发阶段，如果将来能研究新阴极材料、合理设计电解池等改进，将是很有发展前景的一种水处理技术。近年来，Fenton试剂不断形成电Fenton法、微波强化Fenton法、超声波强化Fenton法等多种高级氧化技术，也最新出现了多种技术与Fenton试剂耦合方面的研究，给印染废水的处理带来新的希望。