【《类芬顿及类电芬顿技术处理含铬废水的应用研究的文献综述》2000字】

PAGE12PAGE类芬顿及类电芬顿技术处理含铬废水的应用研究的文献综述1.1类芬顿与类电芬顿技术的发展应用在AOP中，Fenton已被广泛用于各种工业废水处理。但是，在Fenton过程中仍然存在各种问题，H+的消耗和OH-的产生都会导致pH值增加，同时，Fe离子不断沉淀到铁泥中[60]，因此，需要不断添加试剂以维持酸性条件并补偿Fe离子的损失且Fe2+回收困难[61]，Fenton试剂和铁污泥的处置是Fenton程中成本最高的过程。另外，芬顿实验所需铁离子所需的浓度范围为50–80ppm，明显高于欧盟(EU)指令规定的直接向环境排放废水的2ppm上限[62]。为了克服这些缺点，使得芬顿技术得到广泛的应用，已开发研究处出多种用于替代Fe2+离子的均相或者非均相的试剂，例如Fe3+[63,64]，Cu[65]，Ni，Ti[60]，Mn，Co[66]以及黄铁矿[67]和纳米零价铁[68]，这些已建立的体系称为均相类芬顿或者非均相类芬顿过程。均相与非均相类芬顿的基本区别在于催化反应发生的位置不同，在均相体系中，催化过程可以发生在整个液相中，而在非均相体系中，催化过程往往发生在催化剂表面[69,70]。用固体催化剂替代Fenton试剂中的Fe2+可以建立非均相类Fenton工艺[71]，具有特殊晶体结构或性质的天然矿物材料因其高催化活性和长期稳定性而被研究为优良的替代催化剂[72]。所用的催化剂大多是天然含铁矿物材料，如黑电气石[73,74]、针铁矿（α-FeOOH）[75]、黄铁矿（FeS2）[37]、赤铁矿（α-Fe2O3）[76,77]和磁铁矿（Fe3O4）[78]等一般来说，用含铁矿物作催化剂有四个优点：（1）经处理的工业废水中，催化剂可以通过沉淀和/或过滤轻易地除去；（2）回收催化剂，可延长催化剂寿命；（3）工业的初始pH可扩展到中性范围（如pH5~9）；（4）无机碳酸盐对反应体系的影响不大[79]。为了提高类芬顿体系对于各种有机废水的处理效果，经常在类芬顿基础上外加物理场，典型的物理场有外加光子，电场，磁场，分别对应光催化类芬顿[80,81][82]、类电芬顿[83]以及微波—类芬顿[84]。类电芬顿是在类芬顿的技术上外加电场，将电化学工艺与类Fenton工艺（EF-likeprocess）相结合以改善类芬顿工艺，近年来，发表了大量的研究成果[85-87]，电芬顿技术结合和电化学与类芬顿的优点，避免了传统的Fenton/类Fenton技术上存在的问题，比如，在传统的Fenton/类Fenton工艺中，H2O2通常是通过散装投料的方式加入，可能导致H2O2的利用效率不高[88-90]，此外，高浓度H2O2的处理、运输和储存的高成本和风险使得该工艺具有潜在的风险和经济上的挑战[91,92]，为了克服这些缺点，通过活化分子氧（O2）原位生产H2O2的Fenton/类Fenton工艺受到了人们的关注，因为O2是安全的且容易获得电子还原生成H2O2的[93-95]，许多已经发表的文章对通过类芬顿技术原位还原H2O2去除污染物进行了论述[96,97]。过化氧气还原过程中得到电子的方法多样，比如化学试剂，电化学，光化学等，在电化学反应过程中，氧气在阴极表面获得2个电子原位还原为H2O[98]。电化学原位生成H2O2有利于提高有机物降解效率，降低成本，降低运输风险。1.2类芬顿及类电芬顿处理含铬废水的研究均相类芬顿工艺是其他金属离子或者非金属离子与H2O2结合形成的体系。其中，金属离子可以通过直接牺牲阳极的方法来供给，此外还可以外加金属离子通过阴极还原再生来获得，除了上述中提到的Cu、Ni、Ti等过渡金属离子外，Cr也可以作为催化剂参与类芬顿反应，Bokare等[99]人研究发现Cr作为一种过渡金属，具有催化类芬顿反应的活性，Cr3+利用H2O2的氧化还原性，建立基于铬氧化还原的类芬顿体系，生成羟基自由基（·OH），在近碱性条件下有表现出强大的氧化性能，其原理示意图，如图1-4所示。但是，铬是一种重金属污染物，不适合作为一种均相催化剂向待处理废水中添加，只适用于类似于皮革废水等的含铬废水的处理。利用酸性矿井水（AMD）与NaBH4反应制备的新型纳米零价铁（AMD-nZVI），与过氧化二硫酸钠（PDS）结合，可以实现了Cr(VI)，Cd(II)和Atrazine（ATZ，一种农药）的同时去除，AMD-nZVI/PDS工艺同时去除Cr(VI)，Cd(II)和ATZ的效率在40分钟内高达90％。大部分Cr(VI)物种都转化为Cr2O3和Cr(OH)3。[100]此外，有研究通过电芬顿处理含铬废水[101]，利用电-芬顿工艺的氧化还原双重功能对碱沉淀Cr(III)配合物去除提供预处理单元。在电芬顿过程中产生的羟自由基具有强氧化性，增强了Cr(III)-柠檬酸盐的矿化，60min后TOC的去除率达到71%，而且溶液中有Fe2+能够还原Cr(VI)，原理过程如图1-5所示所示。图1-4基于铬氧化还原的类芬顿技术示意图[99]Fig.1-4SchematicdiagramofFenton-liketechnologybasedonchromiumredox[99]图1-5电芬顿处理含铬废水[101]Fig.1-5Electro-Fentontreatmentofwastewatercontainingchromium[101]参考文献[1] RauchJN,PacynaJM.Earth'sglobalAg,Al,Cr,Cu,Fe,Ni,Pb,andZncycles[J].GlobalBiogeochemicalCycles,2008,32(2):GB2008..[2] DrincicA,ZulianiT,ScancarJ,etal.DeterminationofhexavalentCrinriversedimentsbyspeciatedisotopedilutioninductivelycoupledplasmamassspectrometry[J].ScienceoftheTotalEnvironment2018,637:1286-1294.[3] JiangB,XinSS,GaoL,etal.DramaticallyenhancedaerobicCr(VI)reductionwithscrapzero-valentaluminuminducedbyoxalate[J].ChemicalEngineeringJournal,2017,308:588-596.[4] 许文涛,王颖,罗云波,等.Cr(III)在钝顶螺旋藻中的生物富集及其对螺旋藻生长的影响[J].食品科学,2009(05):153-157.[5] KotasJ,StasickaZ.Chromiumoccurrenceintheenvironmentandmethodsofitsspeciation[J].EnvironmentalPollution,2000,107(3):263-283.[6] GadSC.Acuteandchronicsystemicchromiumtoxicity[J].ScienceoftheTotalEnvironment1989,86(1-2):149-157.[7] LeeKP,UlrichCE,GeilRG,etal.Inhalationtoxicityofchromiumdioxidedusttoratsaftertwoyearsexposure[J].ScienceoftheTotalEnvironment1989,86(1):83-108.[8] BrowningCL,WiseJP.ProlongedexposuretoparticulatechromateinhibitsRAD51nuclearimportmediatorproteins[J].ToxicologyandAppliedPharmacology,2017,331:101-107.[9] ShankerAK,VenkateswarluB.Chromium:EnvironmentalPollution,HealthEffectsandModeofAction[M]//NRIAGUJO.EncyclopediaofEnvironmentalHealth.Burlington;Elsevier.2011:650-659.[10] GracepavithraK,JaikumarV,KumarPS,etal.Areviewoncleanerstrategiesforchromiumindustrialwastewater:Presentresearchandfutureperspective[J].JournalofCleanerProduction,2019,228:580-593.[11] VVincentJB.TheNutritionalBiochemistryofChromium(III)Prefacetorevisededition[M].2019.[12] YeY,JiangZ,XuZ,etal.EfficientremovalofCr(III)-organiccomplexesfromwaterusingUV/Fe(III)system:NegligibleCr(VI)accumulationandmechanism[J].WaterResearch,2017,126:172-178.[13] BishnoiNR,BajajM,SharmaN,etal.AdsorptionofCr(VI)onactivatedricehuskcarbonandactivatedalumina[J].BioresourceTechnology,2004,91(3):305-307.[14] BanerjeeSS,JoshiMV,JayaramRV.RemovalofCr(VI)andHg(II)fromaqueoussolutionsusingflyashandimpregnatedflyash[J].SeparationScienceAndTechnology,2004,39(7):1611-1629.[15] HuaM,ZhangS,PanB,etal.Heavymetalremovalfromwater/wastewaterbynanosizedmetaloxides:Areview[J].JournalofHazardousMaterials,2012,211-212:31