过氧化氢及Fenton氧化技术PPT课件

过氧化氢及Fenton氧化技术 刘政军2016级地球化学 过氧化氢 H2O2 分子中的氧是 1价 具有还原性和氧化性 因此过氧化氢具有氧化还原性 其氧化还原性在不同的酸 碱和中性条件下有所不同 使用过氧化氢作为氧化剂 由于其分解产物为水和二氧化碳 不产生二次污染 是一种绿色氧化剂 无论它在酸性还是在碱性溶液中都是强氧化剂 只有在遇见高锰酸钾等更强的氧化剂时表现为还原性 酸性溶液中用过氧化氢氧化的反应往往很慢 碱性溶液中氧化反应很快 而水中它的氧化还原性由电位决定 过氧化氢溶液中存在的微量杂质 如金属离子 Fe3 Cu2 非金属 金属氧化物等都能催化过氧化氢的均相和非均相分解 Fenton试剂是指在天然或人为添加的亚铁离子 Fe2 时 与过氧化氢发生作用 能够产生高反应活性的羟基自由基 OH 的试剂 过氧化氢还可以在其他催化剂 如Fe UV254等 以及其他氧化剂 O3 的作用下 产生氧化性极强的羟基自由基 OH 使水中的有机物得以氧化而降解 Fe Fe HO2 O2 O2 OH H H2O HO H2O2 H 在水溶液中的主要反应路径是生成具有高度氧化性和反应活性的 OH 但在过氧化氢过量的情况下 还可以生成HO2 O2 等具有还原活性的自由基 另外过氧化氢还可以自行分解或直接发生氧化作用 那种路径占主导作用取决于环境条件 总反应方程式 pH值的影响H2O2浓度的影响催化剂 Fe2 浓度的影响反应温度的影响 Fenton试剂是在酸性条件下发挥作用的 在中性和碱性的条件下Fe2 不能催化H2O2生成 OH 按照经典的Fenton试剂反应理论 pH升高不仅抑制了 OH的产生 而且使溶液中的Fe2 以氢氧化物的形式沉淀而失去催化作用 当pH低于3时 溶液中的H 浓度过高 Fe3 不能顺利地被还原成Fe2 催化反应受阻 随着H2O2的用量增加 COD的去除首先增大 而后出现下降 当H2O2的浓度过高的时候 过量的H2O2 不仅不能通过分解产生更多的 OH 反而一开始就将Fe2 氧化为Fe3 而且过量的H2O2自身的分解作用也更明显 化学需氧量 ChemicalOxygenDemand 是以化学方法测量的水样中需要被氧化的还原性物质的量 Fe2 是催化产生自由基的必要条件 再无Fe2 的情况下 过氧化氢很难分解产生自由基 当Fe2 的浓度过低时 自由基的产生量和产生速率都很小 降解过程受到抑制 当Fe2 过量时 它还原H2O2且自身氧化成Fe3 消耗药剂的同时增加出水色度 并且随着Fe2 的浓度增加 COD去除率不再增加反而有减少的趋势 对Fenton试剂反应体系而言 适当的温度激活了自由基 而过高的温度会加速促进H2O2的分解作用 生成H2O和O2 减少自由基的产生 1894年 H J H Fenton报导了在做用过氧化氢氧化酒石酸的过程中 加入少量的亚铁盐能有效催化反应进程 其后的一些研究发现过氧化氢和亚铁盐混合的水溶液体系可以有效地氧化很多种有机物 将其几乎完全氧化为二氧化碳和水 因为这种超高的性能 后人将这种体系称为Fenton 芬顿 试剂 120过去了 随着不断的深入研究 人们把紫外线 电化学 超声波等引入Fenton试剂中 而派生出了类Fenton法 这些方法都是在常规Fenton法的原理与基础上进一步改进反应条件 使其氧化能力得到很大的增强 因而也越来越受到人们的关注 用Mn2 Cu2 Co2 取代Fe2 催化H2O2产生 OH活性炭 沸石等吸附剂作为催化剂金属离子的载体 减少其流失 提高利用率 在常规Fenton体系中引入了紫外线可以提高对有机污染物的处理效率和降解程度 提高H2O2的利用率 减少铁离子的流失 在常规Fenton法的基础上引入了电化学方法H2O2 溶解氧通过电化学的方法转化而来 与Fe3 或Fe2 依靠电化学方法通过牺牲阳极所产生 构成Fenton试剂 或者外加Fe3 Fe2 及H2O2组成Fenton体系 Fenton试剂与超声处理联用使H2O和溶解在水中的O2发生裂解反应生成大量 OH O 和HOO 等一系列高活性的自由基团对污染物进行降解 冯柏林等 Fenton法的反应机理及类Fenton法的应用研究 Fenton氧化技术具有以下优点 1 产生大量非常活泼的羟基自由基 其氧化还原电位为2 8V仅次于氟 2 87V 它作为反应的中间活性物种 具有很高的氧化活性 2 羟基自由基无选择地直接与废水中的污染物反应 将其降解为无毒 易生物降解的小分子物质 甚至将其矿化为CO2 水及无机盐类 不会产生二次污染 3 使用H202或分子氧作为氧化剂 其反应具有原位绿色特性 4 既可作为单独处理技术应用 也可与其它处理过程相结合 降低处理成本 随着人们对Fenton氧化反应的研究逐渐深入 这项新兴的环境修复技术越来越广泛的应用于土壤有机物污染的治理 Kao和Wu将Fenton氧化作为生物降解的前处理 应用于2 3 7 8 四氯联苯 二噁英 TCDD 污染土壤的修复