芬顿文献小结
2020-03-03 03:20:01 来源：范文大全收藏下载本文
1.芬顿法和类芬顿法对水中污染物的去除研究
芬顿技术应用在水处理的优点：芬顿体系所产生的中间态活性物种羟基自由基（OH）跟其他氧化剂相比，具有更高的氧化电极电位（E=2.80V）。即更强的氧化能力，试剂没有毒性，均相体系没有质量传输的阻碍，操作简单，投资小。
芬顿体系的反应原理：芬顿体系反应分两部分：
一、芬顿反应：二价铁与过氧化氢产生羟基自由基进而氧化降解有机物，该反应过程中产生的三价铁可以重新再生成二价铁。
二、三价铁与过氧化氢引发的一些列反应被称为类芬顿反应。
羟自由基具有以下重要性质[9-10]: (1)羟自由基是一种很强的氧化剂,其氧化电极电位 (Ｅ)为2.80Ｖ,在已知的氧化剂中仅次于Ｆ2。 (2)具有较高的电负性或电子亲和能(569.3 ｋＪ),容易进攻高电子云密度点,同时羟自由基的进 攻具有一定的选择性。
(3)羟自由基还具有加成作用,当有碳碳双键 存在时,除非被进攻的分子具有高度活泼的碳氢键, 否则,将发生加成反应。 芬顿体系的催化氧化和影响因素
1.无机离子的影响：Fe3+与无机离子的络合后不能对过氧化氢发生催化分解反应；SO42-和CI-可能会捕获羟基自由基。这都降低了目标物的降解速率。
2.有机物的影响：有机溶液和氧化产物（有机自由基R-,有机过氧自由基ROO-,醌，羟基化有机物，羧酸）都会影响芬顿反应的效率。 3.光/芬顿：将紫外线引进芬顿反应后，形成UV/Fenton法。光照作用可以促进芬顿反应。UV/Fenton法的优势：可降低Fe2+/Fe3+的用量，H2O2的利用率较高；紫外光和亚铁离子对H2O2的分解有协同作用；可使有机物矿化程度更高；有机物在紫外线的照射下也可部分分解；缺点：利用太阳能的能力不足；处理设备费用高；能耗大。
4.电/芬顿：自动产生H2O2的机制比较完善；H2O2利用率高；还有阳极氧化、电极吸附、电混凝作用等可以达到对有机物的降解。 5.超声/芬顿：①超声热解或超声空化能够产生自由基，进而氧化降解有机物；②超声波可以促进H2O2的有效分解，从而提高H2O2的利用率；③超声波促进均相催化剂在溶液中的均匀分布④超声的机械效应可以起到搅拌和传质作用，促进反应物、生成物在溶液中的扩散，提升芬顿试剂法的氧化速度。
6.超声/芬顿：微波诱导氧化的特点是处理速度快、氧化彻底、无二次污染、占地面积小、基建费用低等，故在水处理领域有广阔的应用前景。 芬顿系统的有效pH值范围窄：最佳ph在2-4或2-3
芬顿体系的有效应用需投加较大剂量试剂：过氧化氢的有效剂量分别从 292 增加至 2 042mg·L-1，硫酸亚铁的有效剂量从 333 增加至 666mg·L-1 课题目的及意义：芬顿体系发生氧化反应进而达到水中目标物降解的最佳pH值一般被认为是 3左右，三价铁盐在水溶液中混凝的最佳pH值被认为是 3.5~5.0，研究的目的主要是从两个视角扩展芬顿技术在水处理领域的应用-即扩展芬顿技术的应用 pH 值范围至中性附近。
1）对氧化反应，加入促进试剂（铁离子的络合剂），进行初始 pH 值=7 条件下均相类芬顿氧化的效果和理论研究；
2）对混凝反应，考察初始 pH 值=7 条件下芬顿沉淀反应对目标物的处理效率和反应的初步机理探讨，以及在实际水体应用的情况，同时与普通铁盐对比除污染物的效率。
实验操作
高铁酸钾制备实验 孔雀石绿脱色实验
孔雀石绿降解中间产物的 GC-MS 分析 腐殖酸以及磷的沉淀实验
生活污水二级处理出水的混凝实验
水样的 EPR 测试（孔雀石绿水样的 EPR 测试、生活污水二级处理出水的 EPR 测试）
分析测试方法（溶液中孔雀石绿浓度的检测、溶液中磷酸根浓度的检测、溶液中总铁和二价铁浓度的检测、溶液中氟离子浓度的检测、溶液中过氧化氢浓度的检测、反应过程中生成·OH 的检测、TOC（Total Organic Carbon） 的测定方法、含腐殖酸水样的分子量分布的检测、腐殖酸酸度的检测、水样紫外可见吸光光谱的检测、孔雀石绿降解中间产物的 GC-MG 测定方法）
EDTA促进Fe3+/H2O2对水中MG脱色的影响因素研究 各种因素对 MG（孔雀石绿）脱色的影响 EDTA 投加对 MG 脱色的影响
本章对EDTA促进Fe3+/H2O2降解水中孔雀石绿的效果进行了研究。 .(2)随着EDTA、Fe3+、H2O2投量的增加和温度的升高，溶液中孔雀石绿的脱色效果显著增强。
(3)Fe3+/H2O2和Fe3+-EDTA/H2O2两种处理方式在温度 20oC、初始pH值 7.0 条件下对孔雀石绿的降解均遵循一级反应动力学模型。在非单一有机污染物存在的条件下，类芬顿反应得到了较好的促进，为其处理多组分的实际水体提供了很好的理论指导和支持。
(4)经过计算得出 Fe3+-EDTA/H2O2降 解 水 中 MG 的 经 验 动 力 学 方 程 为：k=k0[Fe3+]0.5557[EDTA]0.6148[H2O2]0.209[OH-]0.7302.
EDTA强化Fe3+/H2O2工艺对水中MG脱色的机理研究 不同H2O2投加方式下Fe3+-EDTA/H2O2对MG的脱色 在叔丁醇存在时Fe3+-EDTA/H2O2对MG的脱色
MG 脱色过程中的 EPR(Electron Paramagnetic resonance) 检测 溶液中剩余过氧化氢浓度的检测 溶液中新生成二价铁浓度的检测 K2FeO4/H2O2氧化降解MG的实验 溶液的 UV-vis 光谱分析
水样的 TOC 测试和中间产物分析 反应过程中的活性物种分析
本章对EDTA强化Fe3+/H2O2降解水中MG的机理进行了初步探讨和研究，得出如下结论：
(1) 总量相同等分多次投加过氧化氢并没有明显地提高孔雀石绿的脱色效率。 在本体系中，类芬顿氧化反应并不遵循单一的羟基自由基作用机理，可能同时存在着活性的中间价态铁物种。
(2) EDTA的存在增加了Fe3+离子在水中的溶解程度，强化了Fe3+离子对H2O2的催化分解反应，促进了羟基自由基和中间价态铁物种的产生，从而加速了目标反应物的降解。
(3) EPR图谱证实叔丁醇有效地抑制了Fe3+-EDTA/H2O2降解MG过程中羟基自由基对MG的降解作用。在Fe3+-EDTA/H2O2降解MG过程中，用于产生羟基自由基的Fe3+浓度相对很少。
(4) 在Fe3+-EDTA/H2O2降解MG的过程中，叔丁醇的存在不能完全抑制MG的脱色反应。原因可能是叔丁醇与中间价态铁物种的反应速率要明显慢于叔丁醇与羟基自由基的反应速率、以及孔雀石绿与中间价态铁物种的反应速率。
(5) 由UV-vis光谱分析结果可知，在Fe3+-EDTA/H2O2降解MG的过程中，EDTA既是促进剂又是反应物。
(6) 在本反应体系中，H2O2和K2FeO4发生了协同氧化反应，EDTA对协同氧化反应的促进作用较小。在该协同氧化体系中，中间价态铁物种相对羟基自由基而言起着更主要的氧化作用，叔丁醇的投加没有完全抑制MG的脱色反应，叔丁醇对中间价态铁物种的捕获能力较弱。
2.光助芬顿法处理苯酚废水的研究
通过试验, 本文确定了紫外光助芬顿法处理水中苯酚的最佳条件。采用紫外光助Fenton 法处理浓度为10mg/L 的苯酚废水, 最佳条件为H2O2 浓度为0.15mol /L; FeSO4 浓度为0.015mol /L; pH = 3.5 左右。反应时间40min 左右。并对其反应原理进行了初步探讨。
3.Ｆｅｎｔｏｎ法深度处理制浆中段废水的 工程应用
介绍了采用Ｆｅｎｔｏｎ法深度处理制浆中段废水的工程实例,考察了各处理单元的最佳工艺参数及连续运行时的处理效果。工程运行结果表明,该方法工艺简单、占地面积小、运行费用低、运行稳定且废水处理效果好。在3个月稳定运行期间,出水ＣＯＤＣｒ
广西某蔗渣制浆企业年产9.8万ｔ制浆生产线，Ｆｅｎｔｏｎ法深度处理制浆中段废水的生化出水,工程建成后于2009年1月开始调试，Ｆｅｎｔｏｎ设备连续运行了3个月,系统运行稳定,处理效果良好。
4.芬顿（Fenton）高级氧化技术在废水处理上的研究进展
Fenton 技术的研究现状自从Fenton 试剂发现后， 关于Fenton 反应的应用研究便随之兴起。国内外很多学者已对Fenton 处理废水技术做了大量的研究工作，包括Fenton 试剂处理废水的反应机理、处理不同废水的工艺条件、类Fenton 试剂的研究及协同厌氧、好氧、混凝等技术处理废水。近年来，很多学者在Fenton 试剂反应机理方面对Fenton试剂产生强氧化能力和Fenton 试剂在有机物中的反应进行了深入研究，并建立了不同的动力学模型，从而为Fenton技术的工业化应用提供坚实的理论依据。
Fenton 技术在废水处理中的应用可分为2 个方面：①单独作为一种处理方法氧化有机废水； ②与其他方法联用，如与混凝沉降法、活性炭、生物法等联用，以取得良好的效果。广西博世科环保科技有限公司研发了上流式Fenton 氧化塔，该设备在一定的水力条件下，可形成载体流化床，同时催化剂在载体上覆膜，可大幅度提高氧化反应的效率，降低Fenton 试剂的用量，东莞市水星科技环保有限公司代理台湾水美公司的第代Fenton 技术流化床已成功在广东鼎丰纸业有限公司、海南金海浆纸有限公司、重庆理文造纸有限公司和安琪酵母（伊利）有限公司等企业得到工程应用
Fenton 技术应用的发展方向应该是如何进一步降低运行成本，解决实际应用中存在的问题。如开发高效的Fenton反应装置来提高反应效率，降低Fenton 试剂的用量，改善普通Fenton 法中药品消耗大的缺点，研究改性Fenton 法，提高Fenton 处理效率。
5.Photocatalysis with solar energy at a pilot-plant scale: an overview
Sixto Malato, Julián Blanco, Alfonso Vidal, Christoph Richter.Applied Catalysis B: Environmental 37 (2002) 1–15 1.集中式集热器光催化工程，第一个在欧洲CIEMATA建立 2.非集中式集热器光催化工程 简单、廉价
3.Compound parabolic concentrator (CPC）复合抛物面聚光
有1，2的优点
6.Heterogeneous photo-Fenton oxidation with pillared clay-based catalysts for wastewater treatment: A review J.Herney-Ramirez, Miguel A.Vicente, Luis M.Madeira. Applied Catalysis B: Environmental 本文综述了使用异构photo-Fenton-like先进氧化废水处理,采用模拟废水或真正的数据流.特别注意了,主要操作条件对过程性能的影响,即光源的波长和功率、初始过氧化氢或母体化合物浓度、催化剂负载、pH值和温度。重点给出所使用的催化剂的类型及其合成条件(如热老化或酸处理)。讨论催化剂稳定性，可见光代替紫外光的可能性
要保证固体负载的Fe不易流失，黏土负载能完全矿化且易分离 photo-Fenton-based过程是受几个过程参数 1.射线源的波长和功率的影响（波长大于350nm，很低不是光芬顿过程）有的文献报道波长不在这个范围，光的种类和功率也有影响compared to UV-A (Unilux Philips lamps: 15W UV-C, max = 254 nm, and 40W UV-A, max = 365 nm, with irradiances of 6 and 16W/m2 for UV-C and UV-A, respectively)后者更高效，This can thus enhance the photo-Fenton proce but also induce the direct photolysis of both H2O2 to yield HO•。 2.H2O2的初始浓度
浓度太高反而不利，H2O2 + HO• → HO2• + H2O (8)
HO2• + HO• → H2O + O2 (9)
最佳催化剂的量还没有文献证实 3.最初母体化合物浓度影响
污染物浓度太高也会影响反应效果，中间产物有些会捕获
Fe离子或HO•
4.PH影响 最佳ph接近3 低PH下[Fe(H2O)6]3+ 高PH下Fe(OH)3。Cu-based catalysts在中性条件下实现可能较大，因为Cu的活性位点保持不变，考虑metal-clays在中性条件下的应用
5.反应温度影响（30左右较适宜） 6.制备催化剂时焙烧温度影响
热处理制备出的催化剂Fe的滤出量大于没热处理的，比表面积小，中孔体积大，含Fe多
7.酸处理的影响
Cu代替Fe掺杂在黏土里不经酸化作用，酸化作用以及酸化不含Cu的黏土。第二最好归因于通过酸化时在黏土表面形成了磺化官能团
8.Cu的影响
在中性条件下可以反应，增加了催化活性 。
颗粒尺寸小的催化活性更好，许多人考虑在中性条件下metal-clays的实际应用。
XRF：X射线光谱仪 ICP：电感耦合等离子体 XPS：光电子能谱
XRD：X射线衍射 光芬顿催化机理
可能1.Fe3+ on the surface of Fe-Lap-RD+hv→ Fe2+ on the surface of Fe-Lap-RD (1) Fe2+ on the surface of Fe-Lap-RD + H2O2→ Fe3+ on the surface of Fe-Lap-RD + HO• + OH− (2) Fe-Lap-RD – dye + HO• → Fe-Lap-RD—Reaction intermediates (3) Fe-Lap-RD – Reaction intermediates + HO• → CO2 +H2O (4) 可能2.H2O2 + visible light → HO• + OH− (16) X–GN + visible light → X–GN∗ (17) Fe(III)species + X–GN∗ → Fe(II)species(e−) + X–GN+• (18) H2O2 + Fe(II)species(e−) → HO• + Fe(III)species (19) Fe(III)species + H2O2 → Fe(II)species + HO2• + H+ (20) Fe(II)species + H2O2 → Fe(III)species + HO• + OH− (21) X–GN ∗ +Fe3+ → Fe2+ + X–GN+• (22) Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH− + HO• (23) HO• + X–GN → X–GNdegraded products (24) HO• + X–GN+• → X–GNdegraded products 动力学方程Langmuir-Hinshelwood rate equations Auming that the activation of the adsorbed organic molecule by OH radicals is the rate determining step, these authors concluded that the photodegradation rate can be expreed by a LH kinetics as follows:
不足：
Neverthele, from the applied point of view one should also take into account other iues that have also been discued in detail.These include, for instance, catalyst stability.Besides, for industrial application of these AOPs, the use of continuous-flow reactors should be considered, e.g.of the thin-film type, as well as the poibility of using visible radiation, thus making use of a wider range of the solar spectrum.Another important technological iue to consider in practice is the mode of the oxidant (hydrogen peroxide) addition, as it represents one important operating cost.Thus, its efficient use should be carefully optimized. 7.Heterogeneous photocatalytic treatment of organic dyes in air and aqueous media K.Rajeshwar et al./ Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 9 (2008) 171–192 8.Experimental Design to Optimize the Oxidation of Orange II Dye Solution Using a Clay-based Fenton-like Catalyst J.Herney-Ramirez M.Lampinen,‡Miguel A.Vicente Ind.Eng.Chem.Res.2008, 47, 284-294 独立变量：温度、双氧水浓度、催化剂（负载Fe的柱形黏土），从获得的数据显示非均相Fendon过程对于实现偶氮染料的降解是很有希望的，Actually, after 4 h oxidation color removals near 100% and TOC of at least 65% were experimentally achieved when the temperature was 40 C or higher.Iron leaching was also quite small after 4 h of oxidation (in the range 0.66-5%), pointing to a good stability of the catalyst （40摄氏度时Fe的浸出量较小）说明催化剂有很好的稳定性。对影响参数探究总结主要归咎于两种：温度和催化剂浓度，双氧水浓度影响忽略。
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