Fenton法及組合Fenton法在炸藥廢水處理中的應用
Fenton法及組合Fenton法在炸藥廢水處理中的應用
隨著社會生產力和科學技術的發展，火炸藥除了用于軍事，還越來越多地用于工農業的建設和生產。但火炸藥均系有毒有害物質，它們在制備和使用過程中排放的污染物一是成分復雜。火炸藥的原料、中間物、副產物、產品以及它們在環境中形成的轉化物，有上百種之多，其中大部分有毒；二是排放量大。僅就我國1979年的粗略統計來看，廢氣排放量約2.4Gm3；排放的火炸藥廢水約25Mt；三是這些污染物多有毒性、化學性質穩定，很難為一般微生物所降解。由于技術條件的限制，目前國內的污水處理仍然成本高、效率低，許多企業為了自身生存，不得不以犧牲環境為代價，造成水資源污染的惡化。目前，國內外在對有毒、難降解炸藥廢水的處理，越來越關注高級氧化技（AdvancedOxidationProcessesAOPs）的研究及應用。根據所用的氧化劑與催化條件的不同，目前AOPs主要分為3類：Fenton法及組合Fenton法；臭氧法及組合臭氧法；半導體光催化法。本文著重綜述Fenton法及組合Fenton法在炸藥廢水處理中的應用現狀及進展。
1Fenton法及組合Fenton法的概念及其特點
1876年法國科學家H.J.H.Fenton發現亞鐵離子的加入可大幅度提高H2O2對蘋果酸的氧化速率，并在隨后的實驗中證實亞鐵鹽與H2O2的組合是一種很有效的有機物氧化劑。為紀念這個偉大的發現，后人將這種組合試劑稱為Fenton試劑，使用這種試劑的反應相應地稱為Fenton反應。
40年后，Haber和Weiss推測Fenton反應的機理主要以電子轉移，即金屬陽離子氧化態和還原態的變化使H2O2催化分解產生羥基自由基，來解釋水溶液中金屬陽離子催化分解機理（即Haber-Weiss機理）。
20世紀40年代，Merz，Waters，Baxendale及Barb通過一系列實驗對Fenton反應自由基機理和動力學進行了研究。隨后，羥基自由基的重要性和Fenton反應的廣泛應用引起了人們的關注。自20世紀60年代開始，Fenton試劑開始用于廢水處理。1964年，Eisenhaner用此試劑處理ABS廢水，ABS的去除率高達99%。1968年，Enisov用Fenton試劑處理苯類廢水，TOC去除率達到90%以上；Bishop利用Fenton試劑對城市污水中難降解有機污染物進行了處理，并取得了較好效果。近幾十年來，國內外對Fenton試劑處理有機污染物進行了廣泛研究。
在傳統的Fenton試劑基礎上人們通過對反應條件的改變和耦合開發出了一系列有針對性的類Fenton試劑，如光—Fenton試劑、電—Fenton試劑等，研究涉及了溫度、pH值、反應時間、氧化劑濃度和種類、催化劑濃度和種類等方面的因素，并以芳香烴、多氯烷烴、多氯聯苯、除草劑、染料等有毒有機物質作為對象進行探索。近年來Fenton法在炸藥
廢水的處理中也得到廣泛的運用。
2Fenton及組合Fenton氧化反應機理
根據Merz-Waters的推論，Fenton反應中H2O2的分解經歷以下過程：
H2O+Fe2+→Fe3++·HO
Fe2++·HO→+HO-
Fe3++H2O2→Fe2++H++·HO2
Merz和Waters通過一系列實驗間接證實了Fenton反應中有羥基自由基的產生。Fenton法實質是二價鐵離子（Fe2+）和H2O2之間的鏈式反應催化生成·OH，使蘋果酸及其他有機物最終氧化為CO2和H2O。在反應體系內，·OH首先與有機污染物RH反應生成游離基R·，R·進一步氧化生成CO2和H2O，使有機污染物最終得以降解。其氧化過程如下：
Fe3++H202→Fe2++·HO2+H-
H202+Fe2+→Fe3++HO-+·HO
·HO+Fe2+→Fe3++HO-
·HO+H2O2→·HO2+H2O
Fe2++H2O2→·HO2-+Fe3++H2O2
Fe3++HO2-/O2-·→Fe2++H2O2+O2
Fenton試劑及組合Fenton試劑的實質是利用Fe2+或紫外光（UV）、氧等與H2O2之間發生鏈式反應，催化生成·OH，利用·OH氧化分解水中的污染物。羥基自由基·OH一旦形成，會誘發一系列的自由基鏈反應，攻擊水體中的各種污染物，直至降解為二氧化碳、水和其他礦物鹽。羥基自由基對污染物的氧化主要進行了如下反應：
（1）脫氫反應。羥基自由基（·OH）可以從反應物中奪取一個氫，形成新的自由基：
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