芬顿的原理与应用魏玉江

2014年3月2014年第3期收稿日期：2014-02-21作者简介：魏玉江，1985年生，男，江苏连云港人，2008年毕业于吉林大学环境与资源学院环境工程专业，在读工程硕士，助理工程师。芬顿的原理与应用魏玉江1，2（1.南京大学环境学院，江苏南京210000；2.南京工大环境科技有限公司，江苏南京210000）摘要：电芬顿作为一种新型电化学氧化技术，由于它在阴极和阳极都能产生羟基自由基（·OH）氧化降解水体中污染物，引起了学者们广泛的关注。针对含苯酚废水来源广、危害大、成分复杂的特点，采用Fenton技术对苯酚废水的处理效果进行了研究，考察了催化剂、氧化剂、粉煤灰的用量和pH值对芬顿试剂氧化苯酚的影响。关键词：苯酚废水；Fenton试剂；粉煤灰；电芬顿；水处理技术；羟基自由基中图分类号：F416.7文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2014)03-0172-02PrincipleandApplicationofFentonWEIYu-jiang1,2(1.SchooloftheEnvironment,NanjingUniversity,Nanjing210000,Jiangsu,China；2.NJUTEnvironmentTechnologyCo.,Ltd.,Nanjing210000,Jiangsu,China)Abstract:Asanewelectrochemicaloxidationtechnology,becauseitcanproducehydroxylradicals(·OH)bothatthecathodeandanodefortheoxidativedegradationofpollutantsinwater,electro-Fentonhascausedscholars'widespreadconcern.Inviewofthecharacteristicsofwidesources,greatharmandcomplexcompositionofwastewatercontainingphenol,thetreatmenteffectofwastewatercontainingphenolwithFentontechnologyisstudied,andtheeffectoftheuselevelofcatalyst,oxidantandflyashaswellaspHontheoxidationofphenolwithFentonreagentisstudied.Keywords:wastewatercontainingphenol；Fentonreagent；flyash；electro-Fenton；watertreatmenttechnology；hydroxylradicals（总第102期）0引言目前长江中下游地区化工厂数量较多，每个化工厂都有污水产生，因此污水处理对于长江水源的保护有着重要的作用。由于化工废水大多数具有高毒性，很难被传统方法直接处理，所以需要进行预处理。Fenton作为一种很好的预处理方式，对于提高废水的可生化性有着很好的作用，本文就对Fenton处理废水进行浅谈。1Fenton的原理芬顿反应一般都是在酸性条件下进行，反应的最佳pH值条件是pH值为2~4。芬顿反应是由Fe2+和H2O2之间的催化氧化反应，催化生成羟基自由基（·OH），反应过程中的Fe2+是作为反应的催化剂，与H2O2经过反应产生羟基自由基（·OH），主要起到氧化作用[1]。芬顿反应的作用原理如下：H2O2+Fe2++H+→Fe3+·OH+H2O，（1）EF法反应还原溶解氧生成H2O2，如离子反应式（2）、（3）所示，反应得到的H2O2继续与Fe2+发生芬顿反应，可以产生·OH。O2+2H+2e-→H2O2，（2）Fe3++e-→Fe2+。（3）2电芬顿技术在化工废水处理中的分析和发展目前EF法研究方向的分析包括：协同氧化技术；对电极材料的研制；催化剂的分析；电解池的结构开发。2.1EF协同氧化技术目前发展较好的是应用电和光协同反应。发展方向可以把电流和紫外光外加在传统Fenton法的基础上，经过两种反应作用加速反应，进而达到去除污染和快速深度地降解有机物的目的。Brillas等[1]做了很多的工作。他们对降解效果不同的各种方法进行分析，在降解速率方面得到的结论可技术研究172··2014年3月2014年第3期壁，从而延长了石灰窑的使用时间，增加了麦尔兹石灰窑的使用率和有效率。4结语麦尔兹石灰窑在中国大部分钢铁厂已经应用了一段时间，为了紧跟发达国家的钢铁工艺，其烧制石灰的工艺也在不断地改进，本文介绍的这几种改进工艺，能够不断提高麦尔兹石灰窑烧制石灰的质量，对中国的冶炼行业有一定的促进作用。参考文献：［1］刘海石，曹玉军，姚克雷，等.160kA中间下料预焙槽生产技术条件的优化［J］.轻金属，2001(01)：23-35.［2］弗兰茨·司得勒，刘满春.麦尔兹MAERZ双筒并流蓄热式石灰窑与细粒石灰窑技术［J］.耐火与石灰，2007(01)：34-37.［3］胡学琼，宁平，郜华萍，等.黄磷尾气作为替代燃料用于石灰窑煅烧工艺［J］.无机盐工业，2013(12)：34-39.（责任编辑：高志凤）以看出来，PEF法对于TOC的去除率要大于其它方法。主要原因是加入了可以使EF氧化加速的照射和紫外光，使整个反应过程中的中间产物可以降解，可以使污染物完全矿化为CO2，从而缩短反应时间并且减少消耗H2O2的量[2]。最近在EF系统中引入超声波或等离子的技术也出现在研究中。这两种技术都能使H2O2的产量及水体中污染物的降解效率有所提高。2.2电极材料电极材料的分析一直都是电化学氧化的热点，比如阴极材料的分析常见的有：碳－PTFE、多孔石墨、活性炭纤维（ACF）等。阳极材料分析常见的是在对Pt和涂布硼砂的金刚碳或其它氧电位较高的惰性材料为主。分析阴电极时，由于吸附催化性能较好的石墨、石墨－PTFE电极得到广泛应用[3]。聚吡咯导电聚合物的电极，提升H2O2的生成量可以在pH为中性条件下实现。乙酰壳多糖络合铁因为稳定性和催化性较好，可以作为一种新颖的夹层电极，同时可以实现重复使用。此外纳米材料在EF系统中的电极也有应用。2.3其余类型催化剂的分析按照正常情况分析，过渡金属可能具有较高催化性能，包括Mn、V和部分过渡金属氧化物，整个反应过程容易得到再生，比较于Fe2+，代替催化剂本身具有较好的催化效果[4]。比较催化剂Fe2+和Mn2+得出结论，初期Fe2+的降解效果好，但在后期情况却相反[5]。主要是由于Mn3+更易转化为Mn2+的原因，从而保证后期大量的·OH从水溶液中产生。相似的情况例如Cu+/Cu2+体系相比较于Fe2+/Fe3+体系的降解有机物能力更高效，矿化速率更快且耗电量更高[5]。所以在对H2O2具有催化作用的Fe2+以外，其余均相金属离子如Fe3+、Cu2+、Mn2+、Co2+等均能与铁粉、石墨以及铁锰的氧化矿物同样具有相似的功能。2.4电解池结构分析从目前对于Fenton研究的总体分析来看，国内外对微电极产·OH的分析还很不透彻[5]。对电场分布和变化规律、三维电极反应器内的粒子电极电位分布和颗粒的物理化学性质、有机物降解等规律有必要进行分析得出结论。目前较为常见的是一体式阴阳极电解系统大量应用于分析中的电解池。3EF技术在废水处理中的展望从反应机理方面来看，分析者们对于芬顿反应的基本原理有共识，可是有机物的EF降解原理很复杂，主要有复杂的催化原理以及电化学原理等多种机理。认清其降解机理是EF法技术是实际用化突破的第一步[6]。4结语通过Fenton处理过的废水，其可生化性得到了很大提高，同时，不同的Fenton处理方法对于废水处理有着各种不同的作用。研究出其各种不同芬顿方法的反应机理和过程是研究的重点，对于废水处理有着重要的作用。参考文献：［1］王代芝，周珊，叶双凤，等.电-Fenton法处理间甲基苯酚废水［J］.江苏化工，2005(3)：42-45.［2］NeyensE，BacyensJ.AreviewofclassicFenton'speroxi-dationasadvancedoxidationechnique［J］.JournalofHaz-ardousMaterial，2003(B98)：25-28.［3］文军.微波场强化Fenton反应［D］.广州：华南理工大学，2002.［4］雷乐成，何峰.均相Fenton氧化降解苯酚废水的反应机理探讨［J］.化工学报，2003(11)：1592-1597.［5］陈胜兵，何少华，资金生，等.Fenton试剂的氧化作用机理及其应用［J］.环境科学与技术，2004(3)：105-107.［6］Sanchez－Sanchez，C.M..Goethiteasamoreeffectiveirondosagesourceformineralizationoforganicpollutantsbyelectro－Fentonprocess［J］.ElectrochemistryCommunications，2007，9(1)：19-24.（责任编辑：赵春梅）（上接136页）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!魏玉江：芬顿的原理与应用173··