芬顿反应技术的类型及研究进展
广东化工 2013年第1期· 74 · /doc/1711748290.html, 第40卷总第243期
芬顿反应技术的类型及研究进展
周亚梁1，黄东月2一辈子只爱你
(1．珠海市城市排水有限公司，广东珠海 519020；2．珠海力合环境工程有限公司，广东珠海 519015) [摘要]Fenton氧化法是常用的一种高级氧化技术，在难降解有机废水处理中具有独特的优势，是一种很有应用前景的废水处理技术。文章
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主要概述了均相和非均相Fenton反应体系的特点，并对Fenton反应技术的研究进展和发展趋势做出评述。
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木字成语[关键词]Fenton反应；均相；多相；进展
[中图分类号]X [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2013)01-0074-01
Types and Rearch Progress of Fenton Reaction Technology
Zhou Yaliang1, Huang Dongyue2
(1. Zhuhai Water Group Co., Ltd., Zhuhai 519020；2. Zhuhai Leaguer Environment Engineering Co., Ltd., Zhuhai 519015, China)
Abstract: Fenton oxidation is one of the advanced oxidation technologies. For it has an advantage over common oxidation process at decomposing refractory organic pollutants, it is a kind of promising technology in wastewater treatment. In the paper, the characteristics of homogeneous and heterogeneous Fenton systems were summarized. And the rearch progress and developing trends of Fenton reaction were also discusd.
Keywords: Fenton reaction；homogeneous；heterogeneous；progress
1894年法国科学家H J Fenton在一项科学研究中发现Fenton 试剂，以后随着人们对Fenton反应的不断优化，Fenton法已经成为难降解有机物处理过程中研究较多的一种高级氧化工艺，与其他高级氧化工艺相比，因其简单、快速、氧化范围广等优点而备受人们青睐。
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标准Fenton法指的是Fe2+/H2O2体系，其中Fe2+主要作为反应的催化剂，而H2O2通过反应产生的·OH起到氧化作用。反应产生的·OH(羟自由基)的氧化电极电位高达2.80 V，而且具有很强的加成反应特性，所以Fenton反应可无选择氧化水中的大多数有机物，在短时间内将有机物氧化分解或使其发生氧化偶合。
目前Fenton反应的研究基本形成了均相和非均相两大类反应体系，文章将对两类体系的优缺点进行总结和评述。
1 均相Fenton技术
普通Fenton法存在两个致命的缺点：一是不能充分矿化有机物；二是H2O2的利用率不高，致使处理成本很高。针对上述问题，人们把紫外线、电化学甚至超声波引入到Fenton反应体系中。1.1 UV/Fenton法
非字开头的成语UV/Fenton法实际是Fe2+/H2O2与UV/H2O2两种系统的结合，该体系中紫外光和亚铁离子对H2O2的催化分解存在协同效应，可降低Fe2+的用量，提高H2O2利用率，而且有机物在紫外线作用下也可部分降解。在氧化剂投加量相同的条件下处理难降解有机物，该体系的
处理效果明显优于普通Fenton法。该法存在的主要问题是太阳能利用率不高，能耗大，设备费用高，一般只适宜于处理中低浓度的有机废水。
随着对Fenton法的进一步研究，人们把草酸盐引入UV/Fenton体系中，并发现草酸盐的加入可有效提高体系对紫外线和可见光的利用效果，原因在于Fe3+与C2O32-可形成3种稳定的具有光化学活性草酸铁络合物。研究证明[1]该系统在一定程度上提高了对太阳能的利用率、节约了H2O2用量、加快了反应速度、并可用于处理高浓度有机废水。但仍存在自动产生H2O2机制不完善、对可见光利用率低且穿透力不强等缺点。
为了进一步提高对紫外可见光的利用，还有人在UV/Fenton 法中引入光敏性半导体材料TiO2，构成UV-TiO2/Fenton法，由于TiO2对UV/Fenton氧化反应具有催化作用，被引入到UV/Fenton 体系后使得该体系表现出很强的光氧化能力，但是该法存在TiO2价格昂贵，催化剂容易污染等问题。
1.2 电Fenton法
电Fenton法的实质是把用电化学法产生的Fe2+和(或)H2O2作为Fenton试剂的持续来源，
由于H2O2的成本远高于Fe2+，所以把自动产生H2O2的机制引入Fenton体系更具有实际应用意义。
阴极电Fenton的基本原理是把氧气喷到电解池的阴极上，使之还原为H2O2，再与加入的Fe2+发生Fenton反应。该体系中氧气可通过曝气的方式加入，也可通过H2O在阳极的氧化产生，阴极通常采用石墨等惰性材料。该体系不用添加H2O2，有机物降解彻底，不易产生中间毒害物；但电流效率低、H2O2产量低，不适合处理高浓度有机废水，还容易受到pH的严重影响，pH控制不当会引发多种副反应。
牺牲阳极法通过铁阳极氧化产生Fe2+与外加的H2O2构成Fenton试剂，该法可处理高浓度有机废水，但产泥量大，阴极未充分发挥作用，需外加H2O2，能耗大，成本较高。
此外还有超声波Fenton，光/电Fenton等类Fenton技术，然而这些体系仍然存在和普通Fenton法类似的问题：如反应体系要求pH较低(一般2~3左右)，在水处理中需要人为调节废水的pH，同时均相体系中的铁离子的存在使得溶液带有颜色，随着反应结束pH升高，又会形成大量难处理和再生的含铁污泥，引起二次污染。
2 非均相Fenton技术
非均相Fenton反应是将铁离子固定在一定的载体上的一类反应体系，在对废水进行处理时，首先将有机物分子吸附到催化剂表面，在铁离子和H2O2的作用下发生分解反应，降解后的产物脱附返回到溶液中。非均相Fenton反应既保留了均相Fenton法的优点，又放宽了对溶液pH的要求，扩大了可处理废水的范围，还避免了铁离子可能造成的二次污染问题。
目前，关于非均相Fenton反应的研究热点大多集中在催化剂载体的选择上，主要有有机材料、无机材料、铁氧化物、复合金属等。
2.1 有机载体-Fe/H2O2体系
Nafion膜是一种由全氟磺酸阴离子聚合物构成的阳离子交换膜，具有耐热、耐腐蚀和强度大等优点，用Nafion膜固定铁离子，效果好且催化氧化效率很高。研究人员围绕Nafion进行一系列的研究[2]，已将该体系反应的pH提高到10.2，且催化剂能够反复使用，催化活性也没有降低，这一发现对处理废水有着重要意义，但昂贵的膜材料限制了其在水处理领域的推广。
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SAIER是一种强酸性离子交换树脂，与Nafion性质类似但价格较便宜。研究表明该离子交换树脂作完全可以替代Nafion膜作为载体，但树脂能否经受住·OH的氧化腐蚀，是选择和使用树脂时必须注意的问题。虾仁馄饨
此外一些高分子有机化合物如海藻酸钠、胶原纤维等[3]也可以作为固定载体，相关研究报道均取得了类似较好的处理效果，但高分子载体在活性自由基下的化学稳定性还值得进一步探讨。
2.2 无机载体-Fe/H2O2体系
氧化铝、分子筛都具有良好的吸附性和离子交换性，是常见的催化剂载体[4]，通过离子交换作用可以将铁离子替换而固载在分子表面催化分解H2O2，是一类新型催化材料，相关研究报道也取得了较好的效果。
粘土是一种含水铝硅酸盐产物，在自然界储量丰富，同样具有较好的吸附性和离子交换性，因而也可以用来作铁离子的载体。柱撑粘土复合材料利用某些具有层状结构的粘土矿物中层间所存
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[收稿日期] 2012-12-11
[作者简介] 周亚梁(1986-)，男，河南人，硕士研究生，助理工程师，主要从事的工作为污水处理工艺管理。
