高级氧化第20组Fenton法及UVFenton法在实际中的应用

Fenton法及UV/Fenton法在实际中的运用目录•Fenton试剂的原理与不足•UV/Fenton法的原理与优点•UV/Fenton试剂降解酸性品红的研究Fenton法及UV/Fenton法在实际中的运用1894年，英国人H.J.H.Fenton首次研究表明，H2O2在Fe2+离子的催化作用下具有氧化多种有机物的能力。过氧化氢亚铁离子Fenton试剂氧化作用同质催化剂Fenton法及UV/Fenton法在实际中的运用芬顿试剂能有效氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物•H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基(·OH)，·OH可与大多数有机物作用使其降解•在催化剂Fe2+作用下，H2O2能产生两种活泼的氢氧自由基，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化•Fenton试剂一般在pH=3.5下进行，在该pH值时羟基自由基生成速率最大。Fenton法及UV/Fenton法在实际中的运用•芬顿试剂在溶液为酸性的条件下产生羟基自由基(·OH)反应机理基本如下：•Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-•Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+•HO2·+H2O2→O2+H2O+·OHFenton试剂除了由于产生·OH而具有强氧化性外，其还具有絮凝沉淀功能。其絮凝沉淀功能主要是在处理废水过程中再生的二价铁离子与氢氧化物反应生成了具有吸附、凝聚性能的铁水络合物不足之处过氧化氢(H2O2)利用率低氧化体系中存在着大量的亚铁离子和铁离子，体系中残留的Fe2+/Fe3+使处理后的水体容易带有颜色……类Fenton技术之UV/Fenton法人们把紫外光UV引入Fenton体系,形成了UV/Fenton法。UV/Fenton法实际上是Fe2+/H2O2与UV/H2O2两种系统的结合。其优点在于降低了Fe2+用量,提高H2O2的利用率。不同之处1）反应体系在紫外光的照射下，三价铁与水中氢氧根离子的复合离子可以直接产生羟基自由基并产生二价铁离子。2）二价铁离子可与H2O2进一步反应生成羟基自由基，从而加速水中有机污染物的降解速度。类Fenton技术之UV/Fenton法详细反应机理Fe2++H2O2→Fe3++HO·[Fe(OH)]2+→Fe2++HO·[Fe(OOC-R)]2+→Fe2++R·+CO2HO·+RH→H2O+R·Fe2++HO·→Fe3++OH-UV/Fenton试剂降解酸性品红的研究StudyonthedegradationofacidfuchsineUV/Fentonreagent•酸性品红是水溶性品红染料的代表性化合物，其结构中含有对生物呈强抑制作用的苯环，并且为高共轭分子体系，无法采用一般方法将其降解成无机小分子。因此，酸性品红废水的处理已成为国内外环境科学界急需解决的一大难题。为什么选？？•主要就UV/Fenton光催化解酸性品红进行研究，找出影响光催化反应的影响因素，确UV/Fenton光催化降解酸性品红的最佳反应条件，为实际应用奠定基础。怎么下手？？1.在酸性品红再加入定量的Fe2+和H2O2，改变pH，研究pH的变化对酸性品红降解的影响。2.在pH一定的酸性品红中加入定量Fe2+，改变H2O2加入量，研究H2O2变化对酸性品红降解影响。3.在pH一定的酸性品红中加入定量H2O2，改变Fe2+加入量，研究Fe2+变化对酸性品红降解影响。具体操作！！取一定体积的酸性品红溶液,加入不同浓度的Fe2+，加入H2O2放在紫外灯下光照启动反应当酸性品红溶液在碱性范围时会发生褪色，因此实验时用HCl或NaOH调节溶液pH值分别为2、3、5和7，考察反应溶液的pH值对酸性品红去除的影响。05101520253035400.000.250.500.751.001.25Degradationrate(%)Time/minpH=2pH=3pH=5pH=7初始pH值的影响从图中可以看出，Fenton试剂在酸性条件下效果较好，最佳pH值为3。Fenton试剂生成·OH的化学反应式为：Fe2++H2O2→·OH+Fe3++OH–(3-1)Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+(3-2)当溶液pH值过低时，溶液中的H+浓度过高，由反应(3-2)知，这时Fe3+不能被顺利的还原为Fe2+，反应(3-1)生成的·OH数量减少，使酸性品红的氧化反应受阻，因此pH值为2时的处理效果较差(图3.1)。当溶液pH值较高时，溶液中的OH–浓度较高，这时会使反应(3-1)受阻，也就是抑制了·OH的生成,另外Fe2+、Fe3+在溶液中的存在形式受制于溶液的pH值，上述原因使得pH值为5、7时的处理效率很低。020400.000.250.500.751.001.25Degradationrate(%)Time/minH2O2=0.05ml/LH2O2=0.1ml/LH2O2=0.15ml/LH2O2=0.2ml/LH2O2对酸性品红降解效果从图中可以看出H2O2最适用量为0.1ml/L时，这是这是因为一定量的氧化剂能促进反应的进行，氧化剂作为良好的电子受体能够俘获催化剂表面e-，尽可能地削弱了空穴和电子的复合过程，使它们各自更有效地参与目标反应，另外，氧化剂的适量加入还可以抵消反应体系缺氧的倾向，可加快反应较快地进行。因此，H2O2提高了光催化降解反应的速度。020400.000.250.500.751.001.25Degradationrate(%)Time/minFe2+=0.08mg/LFe2+=0.1mg/LFe2+=0.12mg/LFe2+对酸性品红降解效果从图中可以看出超过一定值时，即使增加催化剂用量，降解变化也不是很明显。因为在催化剂增加的初期，尽可能多的催化剂意味着有尽可能多有效光子的生成，从而加速了光催化反应的速率。但是，当催化剂用量增加到一定程度时，光催化产生的OH·自由基的产量一定，催化剂过量时反而会造成光的散射，相互之间对光的掩蔽作用也使有效光子的产生率降低,导致光催化反应速率的下降。因此可以看出Fe2+最适用量为0.1mg/L。(1)UV照射对反应起了十分重要的促进作用,光的存在加速了酸性品红的光解,UV条件下不仅能促进羟基自由基的产生,而且还加强了Fe2+的还原性.(2)H2O2的浓度决定酸性品红的去除率,而Fe2+的浓度是影响降解速率的主导因素.在UV/Fenton试剂体系中,Fe2+以较低的浓度就可以取得良好的降解速率.(3)pH值对反应影响比较大,随pH值的降低,反应速率明显增大.结论UV/Fenton法的局限性1.UV/Fenton法处理染料虽具有很好的效果，但仅限于酸性环境下。在碱性条件下，去除率会大幅下降。因此，UV/Fenton法只适用于小范围的处理；2.其光源若用日光，会受天气变化的影响，若用紫外光，虽效率较高，但成本就会增高；3.Fe2+作为催化剂反应后也可能会留在溶液中形成二次污染，Fe2+随着处理废水的排出，造成二次污染问题。需要考虑研制开发负载型催化剂以拓宽pH应用范围，并更好地回收利用溶液中铁离子。谢谢！！