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【干货】解决高浓度难降解有机废水 Fenton试剂法详解

发布时间:2019-05-02 20:30 来源:未知 编辑:admin

  北极星水处理网讯废水处理中,如何解决高浓度难降解有机废水一直是攻克难点,本文主要对高浓度难降解有机废水方法 Fenton试剂法详解,具体见下文

  1894年,法国科学家H.J.H.Fenton发现H2O2在Fe2+催化作用下具有氧化多种有机物的能力,后人为纪念他将亚铁盐和H2O2的组合称为Fenton试剂。Fenton试剂中Fe2+作为同质催化剂,而H2O2 具有强烈的氧化能力。特别适用于处理高浓度、难降解、毒性大的有机废水。1964年,H.R.Eisen Houser才首次使用Fenton试剂处理苯酚及烷基苯废水,开创了Fenton试剂应用于工业废水处理领域的先例。后来人们发现这种混合体系所表现出的强震化性是因为Fe2+的存在有利于H2O2分解产生出HO的缘故,为进一步提高对有机物的去除效果,以标准Fenton试剂为基础,能够改变和偶合反应条件,可以得到一系列机理相似的类Fenton试剂。

  对于Fenton试剂催化机理,目前公认的是Fenton试剂能通过催化分解产生羟基自由基(HO)进攻有机物分子,并使其氧化为CO2、H2O等无机物质。这是由Harber Weiss于1943年提出的。在此体系中HO实际上是氧化剂反应,反应式为:

  由于Fenton试剂在许多体系中确有羟基化作用,所以Harber Weiss机理得到普遍承认,有时人们把上式称为Fenton反应。

  Fenton试剂之所以具有非常高的氧化能力,是因为H2O2 在Fe2+的催化作用下,产生羟基自由基HO,HO与其他氧化剂相比具有更强的氧化电极电位,具有很强的氧化性能。氧化还原电位以电极电位为测定值,HO与其他强氧化剂电极电位见下表。

  由此表可以看出,HO的氧化还原电位远高于其他氧化剂,具有很高的氧化能力,故能使许多难生物降解及一般化学氧化法难以氧化的有机物有效分解,HO具有较高的电负性或电子亲和能。

  对于多元醇(乙二醇、甘油)以及淀粉、蔗糖、葡萄糖之类的碳水化合物在HO作用下,分子结构中各处发生脱H(原子)反应,随后发生C=C键的开裂最后被完全氧化为CO2。对于水溶性高分子物(聚乙烯醇、聚丙烯醇钠、聚丙烯酰胺)和水溶性丙烯衍生物(丙烯腈、丙烯酸、丙烯醇、丙烯酸甲酯等)HO加成到C=C键,使双键断裂,然后将其氧化成CO2。对于饱和脂肪族一元醇(乙醇、异丙醇)饱和脂肪族羧基化合物(乙酸、乙酸乙基丙酮、乙醛),主链为稳定的化合物,HO只能将其氧化为羧酸,由复杂大分子结构物质氧化分解成直碳链小分子化合物。

  对于酚类有机物,低剂量的Fenton试剂可使其发生偶合反应生成酚的聚合物大剂量的Fenton试剂可使酚的聚合物进一步转化成CO2。对于芳香族化合物,HO可以破坏芳香环,形成脂肪族化合物,从而消除芳香族化合物的生物毒性。对于染料,HO可以直接攻击发色基团,打开染料发色官能团的不饱和键,使染料氧化分解。而色素的产生是因为其不饱和共轭体系的存在而对可见光有选择性的吸收,HO能优先攻击其发色基团而达到漂白的效果。

  标准Fenton试剂是由H2O2 在Fe2+ 组成的混合体系,标准体系中HO的引发,消耗及反应链终止的反应机理可归纳如下:

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