電芬頓法在廢水處理的應(yīng)用

1、 概述

目前應(yīng)用于處理環(huán)境廢水的方法是傳統(tǒng)的處理方法，包括物理處理方法和化學(xué)處理方法。然而這些方法對(duì)于有毒性的、難降解污染物的處理效果是不明顯的，像是絲制品、噴涂過(guò)程、印染業(yè)和食品工藝中大量使用的合成染料。而且在使用過(guò)程中，這些有毒的染料，在氧化、羥基化或是其他化學(xué)反應(yīng)作用下，還會(huì)形成一些副產(chǎn)物，也對(duì)生態(tài)和人類的健康造成了威脅。

隨著高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）的不斷發(fā)展，其在難降解污染物的處理上發(fā)揮了重要的作用。它是利用活性極強(qiáng)的自由基氧化分解水中的有機(jī)污染物，像·OH 具有很高的氧化能力，降解氧化水中的污染物，使其轉(zhuǎn)化為CO2 和H2O。Fenton 法就是高級(jí)氧化技術(shù)的一種，它是利用Fe2+ 和H2O2 反應(yīng)，生成強(qiáng)氧化性的·OH，由于·OH 具有很高的氧化電位和無(wú)選擇性，因此其可以降解氧化多種有機(jī)污染物。但由于其在處理過(guò)程中需要大量的試劑量，像是H2O2，其制備、運(yùn)輸和儲(chǔ)藏等花費(fèi)較高。而electro- Fenton 相對(duì)降低了這部分花費(fèi)，它可以通過(guò)在適合的陰極附近曝氣（氧氣或空氣），利用電化學(xué)持續(xù)的產(chǎn)生H2O2。

本文通過(guò)對(duì)electro- Fenton 基本原理、操作過(guò)程及影響因素的概述，旨在為從事此項(xiàng)研究的人員提供基礎(chǔ)的理論知識(shí)，以便其更好的深入研究。

2、電芬頓法處理廢水

2.1 基本原理

基于傳統(tǒng)Fenton 試劑的作用機(jī)理，electro- Fenton 也是由H2O2和Fe2+ 反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的·OH。其中H2O2 的電化學(xué)產(chǎn)生是通過(guò)在陰極充氧或曝氣的條件下，發(fā)生氧氣的還原生成的，而Fe2+ 也可以通過(guò)陰極的還原反應(yīng)得到。

在酸性條件下，通過(guò)充氧或曝氣的方法，氧氣在陰極會(huì)發(fā)生2e還原反應(yīng)，如式（1）所示，產(chǎn)生H2O2。在此過(guò)程中，氧氣首先溶解在溶液中，然后在溶液中遷移到陰極表面，在那還原成H2O2[1]。而在堿性溶液中，氧氣發(fā)生反應(yīng)如式（2）所示，生成HO2-。Agladze[2]等通過(guò)檢測(cè)氣體擴(kuò)散電極孔中堿性介質(zhì)，認(rèn)為氧氣還原反應(yīng)總是通過(guò)途徑（2）產(chǎn)生HO2- 和OH-。Enric Brillas 等在此基礎(chǔ)上，提出在酸性介質(zhì)下，HO2- 的質(zhì)子化生成了H2O2。當(dāng)然H2O2 的產(chǎn)生和穩(wěn)定性也受到其他因素的影響，包括電解池的構(gòu)造、陰極性質(zhì)和操作條件等。

O2+2H++2e→H2O2（1）

O2+H2O+2e→HO2-+OH-（2）

在electro- Fenton 中，溶液中的Fe3+ 可通過(guò)反應(yīng)（3）在陰極還原成Fe2+。圖1 說(shuō)明了在設(shè)想的催化循環(huán)中，EF 處理的有機(jī)污染物結(jié)構(gòu)圖[1]。Qiang[3]等指出Fe2+ 再生將受到電極電勢(shì)和面積、PH、溫度和催化劑量的影響。Oturan[4]等通過(guò)分別用0.2mm的Fe2+ 和Fe3+ 作催化劑，在Pt/ 碳?xì)肿麟姌O，60mA 的不分離電解池條件下降級(jí)孔雀綠，結(jié)果表明二者具有相同的降解速率。這說(shuō)明在三維碳制材料下，F(xiàn)e2+ 和Fe3+ 均可作為催化劑的來(lái)源。

Fe3++e→Fe2+ （3）

Electro- Fenton 有其自身的優(yōu)勢(shì)[1]：電化學(xué)產(chǎn)生H2O2，可避免其在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和操作的危險(xiǎn)；控制降解速率實(shí)現(xiàn)機(jī)理研究的可能性；由于陰極持續(xù)的Fe2+ 再生提高了有機(jī)污染物的降解速率，這也減小了污泥；在最佳條件下，可實(shí)現(xiàn)低花費(fèi)小的全部礦化的可行性。

2.2 影響因素

Electro- Fenton 能產(chǎn)生無(wú)選擇的強(qiáng)氧化性的·OH，可降解難處理的污染物，包括農(nóng)藥污染物、染料溶液、藥物和個(gè)人護(hù)理品（PPCPs）和工業(yè)污染物，例如苯胺和酚類等。而不斷優(yōu)化Electro- Fenton 的反應(yīng)條件，可增強(qiáng)其處理效果。其主要的影響因素包括：pH、陰極電極材料、催化劑的狀態(tài)等。