Fenton法的類型及特點
1 普通Fenton法
H2O2在Fe2+的催化作用下分解產生·OH,其氧化電位達到2.8V,是除元素氟外最強的無機氧化劑,它通過電子轉移等途徑將有機物氧化分解成小分子。同時,Fe2+被氧化成Fe3+產生混凝沉淀,去除大量有機物。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物,節省了設備投資,缺點是H2O2的利用率不高,不能充分礦化有機物。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分解產生·OH,因其反應基本過程與Fenton 試劑類似而稱之為類Fenton體系。如用Fe3+代替Fe2+,由于Fe2+是即時產生的,減少了·OH被Fe2+還原的機會,可提高·OH的利用效率。若在Fenton體系中加入某些絡合劑(如C2O2-4、EDTA等),可增加對有機物的去除率。
2 光Fenton法
2.1 UV/Fenton法
當有光輻射(如紫外光、可見光)時,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/H2O2兩種系統的復合,與該兩種系統相比,其優點在于降低了Fe2+用量, 提高了H2O2的利用率。這是由于Fe3+和紫外線對H2O2的催化分解存在協同效應。該法存在的主要問題是太陽能利用率仍然不高,能耗較大,處理設備費用較高。
2.2 UV-vis/草酸鐵絡合物/H2O2法
當有機物濃度高時,被Fe3+絡合物所吸收的光量子數很少,且需較長的輻照時間,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廢水。當在UV/Fenton體系中引入光化學活性較高的物質(如含Fe3+的草酸鹽和檸檬酸鹽絡合物)時,可有效提高對紫外線和可見光的利用效果。草酸鐵絡合物在pH3～4.9時效果好,檸檬酸鐵絡合物在pH4.0～8.0時效果好,但因前者具有含Fe3+的其他絡合物所不具備的光譜特性,所以UV-vis/草酸鐵絡合物/H2O2法更具發展前景。該法提高了太陽能的利用率,節約了H2O2用量,可用于處理高濃度有機廢水。
3 電Fenton法
Fenton法比普通Fenton法提高了對有機物的礦化程度,但仍存在光量子效率低和自動產生H2O2機制不完善的缺點。電Fenton法利用電化學法產生的H2O2和Fe2+作為Fenton試劑的持續來源,與光Fenton法相比具有以下優點:一是自動產生H2O2的機制較完善;二是導致有機物降解的因素較多(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的成本遠高于Fe2+,所以通過電化學法將自動產生H2O2的機制引入 Fenton體系具有很大的實際應用意義,可以說電Fenton法是Fenton法發展的一個方向。
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生H2O2,并與 Fe2+發生Fenton反應。電解Fenton體系中的O2可通過曝氣的方式加入,也可通過H2O在陽極氧化產生。該法不用外加H2O2,有機物降解徹底,且不易產生中間有毒有害物質,其缺點在于所用陰極材料(主要為石墨、活性炭纖維和玻璃炭棒)在酸性條件下產生的電流小,H2O2產量不高。
3.2 EF-Feox法
又稱犧牲陽極法,通過陽極氧化產生的Fe2+與加入的H2O2進行Fenton反應。由陽極溶解出的Fe2+和Fe3+可水解成Fe(OH)2和Fe(OH)3,對水中的有機物具有很強的混凝作用,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污泥循環系統,又稱Fe3+循環法。該系統包括一個Fenton反應器和一個將Fe(OH)3轉化成Fe2+的電池,可以加速Fe3+向Fe2+的轉化,提高·OH產率,但pH必須小于1。EF-Fere法是FSR法的改進,去掉了Fenton反應器,直接在電池裝置中發生Fenton反應,其pH操作范圍(小于2.5)和電流效率均大于FSR法。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
