Fenton试剂氧化技术（水污染防治）

有毒有害废水预处理技术

Fenton试剂氧化技术Fenton法是1894年芬顿在研究酒石酸分解时发现：加入亚铁离子（Fe2+）可加強过氧化氢（H2O2）氧化能力，可氧化许多种有机物。此后经多人实验证实，于是便将此二种试剂合称为Fenton试剂。概述Fenton试剂氧化技术一、Fenton反应Fenton反应是以亚铁离子(Fe2+)作为催化剂来催化过氧化氢(H2O2)，使其产生羟基自由基（·OH），进行有机物的氧化，羟基自由基具有強的氧化能力，可与大部分的芳香族有机物进行反应，同时亚铁离子氧化成铁离子(Fe3+)，铁离子又会与双氧水反应，并还原成亚铁离子(Fe2+)。Fenton试剂氧化技术

二、Fenton反应机理Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OHFe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+

H2O2+·OH→HO2·+H2OFe3++HO2·→Fe2++H++O2Fe2++HO2·→Fe3++HO2-

Fe2++·OH→Fe3++OH-Fe2++HO2·+H+→Fe3++H2O2

Fenton试剂氧化技术Fenton试剂一方面可利用过氧化氢与亚铁离子反应产生具有强氧化能力的羟基自由基（·OH），可氧化水中难分解的有机物。另一方面，亚铁离子氧化成铁离子（Fe3+），铁离子有混凝作用也可去除部分有机物。Fenton氧化法在众多相关的废水处理技术中，已被认为是最有效、最简单且经济的方法之一。Fenton试剂氧化技术三、影响Fenton试剂氧化能力的因素（1）亚铁离子浓度（2）过氧化氢浓度（3）反应温度（4）溶液的pH值Fenton试剂氧化技术（1）亚铁离子浓度在Fenton试剂的反应中，亚铁离子主要是扮演着催化过氧化氢的角色。若溶液中没有有亚铁离子当触媒，没有羟基自由基的生成。一般分解反应会随亚铁离子的浓度增加而加快，但亚铁离子本身会与有机物形成竞争，亚铁离子浓度过高会增加羟基自由基的消耗，反而造成处理效果的下降，反应式如下：Fe2++·OH→Fe3++OH-Fenton试剂氧化技术亚铁离子浓度应维持在亚铁离子与其反应物之浓度比值为1:10-50(wt/wt)。亚铁在Fenton氧化亦具有混凝的功能，因此过量的铁离子加入将会造成过度的混凝，降低Fenton试剂通过氧化处理的效果。Fenton试剂氧化技术（2）过氧化氢浓度随着过氧化氢添加量的增加，有机物的氧化效果亦将随之提高，并且过氧化氢的添加浓度不同，则分解反应生成的产物将会有所差异。在过氧化氢浓度越高的情况下，其氧化反应产物更接近于最终产物。当溶液中的过氧化氢浓度过高时，反而会使过氧化氢与有机物竞争羟基自由基，而造成反应速率可能不如预期一样增加。Fenton试剂氧化技术自由基达到稳定浓度所需反应时间随加药量增加而增加。若以连续的方式加入低浓度的过氧化氢，减少因为过氧化氢初始浓度过高所导致的抑制效应，亦可得到较好的氧化效果。Fenton试剂氧化技术（3）反应温度反应温度是在小于20℃以下时，其对有机物的氧化速率将会随温度升高而加快。但是，倘若将其反应的温度升高至40-50℃时，其Fenton反应将会可能因为温度过高，进而使过氧化氢自行分解成水与氧(2H2O2→2H2O+O2)，造成Fenton试剂对氧化有机物的反应速率减慢。当过氧化氢浓度超过10-20g/L时，在其经济与安全的考虑下，应谨慎选择适当的温度。在一般商业应用上，通常将其反应的温度设定在20-40℃之间。Fenton试剂氧化技术（4）溶液的pH值在pH值在2∼4的范围内，通常可得到较快有机物的分解速率。当pH值大于4时，形成三价铁复合物，而防碍亚铁离子催化过氧化氢生成羟基自由基的反应，且影响后续生成的Fe3+与H2O2反应生成Fe2+的机制，因此有机物的分解速率便明显减慢。在pH值小于2时，Fe2+并无与H2O2作用生成羟基自由基进行分解反应，而进行H2O2

＋H＋→H3O2＋，所以pH值小于2时难以有机物的进行分解反应。Fenton试剂氧化技术四、Fenton试剂反应示意图Fenton试剂氧化技术五、Fenton试剂对操作条件要求的小结a.pH2~4为Fenton反应的最佳范围。b.在反应溶液中，加入FeSO4作为亚铁离子的来源，其加入的铁离子在反应中可视为触媒。c.在反应过程中，需加入过氧化氢，若当pH值太高时，Fe2+会变成Fe(OH)3

而沉淀。而Fe(OH)3催化H2O2在反应过程中分解成氧（H2O2→O2），若O2浓度过高时，可能会产生危险。Fenton试剂氧化技术d.芬顿试剂的反应速率随温度上升而增加，但是温度高于40℃~50℃之后，H2O2会加速分解为O2和H2O。大部分商业上芬顿试剂的的应用多控制在20℃~40℃中发生