Fenton法的類型及特點(diǎn)
1 普通Fenton法
H2O2在Fe2+的催化作用下分解產(chǎn)生·OH,其氧化電位達(dá)到2.8V,是除元素氟外最強(qiáng)的無機(jī)氧化劑,它通過電子轉(zhuǎn)移等途徑將有機(jī)物氧化分解成小分子。同時(shí),Fe2+被氧化成Fe3+產(chǎn)生混凝沉淀,去除大量有機(jī)物。可見,Fenton試劑在水處理中具有氧化和混凝兩種作用。Fenton試劑在黑暗中就能降解有機(jī)物,節(jié)省了設(shè)備投資,缺點(diǎn)是H2O2的利用率不高,不能充分礦化有機(jī)物。研究表明,利用Fe3+、Mn2+等均相催化劑和鐵粉、石墨、鐵、錳的氧化礦物等非均相催化劑同樣可使H2O2分解產(chǎn)生·OH,因其反應(yīng)基本過程與Fenton 試劑類似而稱之為類Fenton體系。如用Fe3+代替Fe2+,由于Fe2+是即時(shí)產(chǎn)生的,減少了·OH被Fe2+還原的機(jī)會(huì),可提高·OH的利用效率。若在Fenton體系中加入某些絡(luò)合劑(如C2O2-4、EDTA等),可增加對(duì)有機(jī)物的去除率。
2 光Fenton法
2.1 UV/Fenton法
當(dāng)有光輻射(如紫外光、可見光)時(shí),Fenton試劑氧化性能有很大的改善。 UV/Fenton法也叫光助Fenton法,是普通Fenton法與UV/H2O2兩種系統(tǒng)的復(fù)合,與該兩種系統(tǒng)相比,其優(yōu)點(diǎn)在于降低了Fe2+用量, 提高了H2O2的利用率。這是由于Fe3+和紫外線對(duì)H2O2的催化分解存在協(xié)同效應(yīng)。該法存在的主要問題是太陽能利用率仍然不高,能耗較大,處理設(shè)備費(fèi)用較高。
2.2 UV-vis/草酸鐵絡(luò)合物/H2O2法
當(dāng)有機(jī)物濃度高時(shí),被Fe3+絡(luò)合物所吸收的光量子數(shù)很少,且需較長的輻照時(shí)間,H2O2的投加量也隨之增加,·OH易被高濃度的H2O2所清除。因而,UV/Fenton法一般只適宜于處理中低濃度的有機(jī)廢水。當(dāng)在UV/Fenton體系中引入光化學(xué)活性較高的物質(zhì)(如含F(xiàn)e3+的草酸鹽和檸檬酸鹽絡(luò)合物)時(shí),可有效提高對(duì)紫外線和可見光的利用效果。草酸鐵絡(luò)合物在pH3～4.9時(shí)效果好,檸檬酸鐵絡(luò)合物在pH4.0～8.0時(shí)效果好,但因前者具有含F(xiàn)e3+的其他絡(luò)合物所不具備的光譜特性,所以UV-vis/草酸鐵絡(luò)合物/H2O2法更具發(fā)展前景。該法提高了太陽能的利用率,節(jié)約了H2O2用量,可用于處理高濃度有機(jī)廢水。
3 電Fenton法
Fenton法比普通Fenton法提高了對(duì)有機(jī)物的礦化程度,但仍存在光量子效率低和自動(dòng)產(chǎn)生H2O2機(jī)制不完善的缺點(diǎn)。電Fenton法利用電化學(xué)法產(chǎn)生的H2O2和Fe2+作為Fenton試劑的持續(xù)來源,與光Fenton法相比具有以下優(yōu)點(diǎn):一是自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制較完善;二是導(dǎo)致有機(jī)物降解的因素較多(除羥基自由基的氧化作用外,還有陽極氧化、電吸附等)。由于H2O2的成本遠(yuǎn)高于Fe2+,所以通過電化學(xué)法將自動(dòng)產(chǎn)生H2O2的機(jī)制引入 Fenton體系具有很大的實(shí)際應(yīng)用意義,可以說電Fenton法是Fenton法發(fā)展的一個(gè)方向。
3.1 EF-Fenton法
該法又稱陰極電解Fenton法,其基本原理是將O2噴射到電解池陰極上產(chǎn)生H2O2,并與 Fe2+發(fā)生Fenton反應(yīng)。電解Fenton體系中的O2可通過曝氣的方式加入,也可通過H2O在陽極氧化產(chǎn)生。該法不用外加H2O2,有機(jī)物降解徹底,且不易產(chǎn)生中間有毒有害物質(zhì),其缺點(diǎn)在于所用陰極材料(主要為石墨、活性炭纖維和玻璃炭棒)在酸性條件下產(chǎn)生的電流小,H2O2產(chǎn)量不高。
3.2 EF-Feox法
又稱犧牲陽極法,通過陽極氧化產(chǎn)生的Fe2+與加入的H2O2進(jìn)行Fenton反應(yīng)。由陽極溶解出的Fe2+和Fe3+可水解成Fe(OH)2和Fe(OH)3,對(duì)水中的有機(jī)物具有很強(qiáng)的混凝作用,其去除效果好于EF-Fenton法,但需外加 H2O2,能耗較大,成本高。
3.3 FSR法、EF-Fere法
FSR法即Fenton污泥循環(huán)系統(tǒng),又稱Fe3+循環(huán)法。該系統(tǒng)包括一個(gè)Fenton反應(yīng)器和一個(gè)將Fe(OH)3轉(zhuǎn)化成Fe2+的電池,可以加速Fe3+向Fe2+的轉(zhuǎn)化,提高·OH產(chǎn)率,但pH必須小于1。EF-Fere法是FSR法的改進(jìn),去掉了Fenton反應(yīng)器,直接在電池裝置中發(fā)生Fenton反應(yīng),其pH操作范圍(小于2.5)和電流效率均大于FSR法。
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