[科普中国]-芬顿试剂

研究历史

Fenton（中文译为芬顿）是为数不多的以人名命名的无机化学反应之一。1894年，化学家FentonHJ发现，过氧化氢(H2O2)与二价铁离子Fe2+的混合溶液具有强氧化性，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分显著。后人将这种混合溶液称为Fenton试剂。但此后半个多世纪中，这种氧化性试剂却因为氧化性极强没有被太多重视。但进入20世纪70年代，芬顿试剂在环境化学中找到了它的位置，它一种强氧化剂，特别适用于有毒难降解的工业废水的处理。2

自芬顿试剂及芬顿反应发现以来，有关芬顿反应的研究主要用于有机合成、酶促反应以及细胞损伤机理和应用，这为人们分析还原性有机物和选择性氧化有机物提供了一种新的方法。1964年，加拿大学者Eisenhaner首次将芬顿试剂应用到水处理中。他用芬顿试剂处理ABS废水，ABS的去除率高达99%。芬顿氧化技术具有高效、廉价、选择性小等特点，芬顿氧化法作为一种高级氧化技术（Advanced Oxidation Process，AOP）应用于环境污染物处理领域，引起了国内外科学家的极大关注。1

主要特点Fenton试剂具有下列特点：

（1）氧化能力强。

（2）过氧化氢分解成羟基自由基的速度很快，氧化速率也较高。

（3）羟基自由基具有很高的电负性或亲电性。

（4）处理效率较高，处理过程中不引入其他杂质，不会产生二次污染。

（5）由于是一种物理化学处理方法，很容易加以控制，容易满足处理要求。

（6）既可以单独使用，也可以与其他工艺联合使用，以降低成本，提高处理效果。可与生物处理法联用，作为生物处理的预处理，提高废水可生化性，或者作为生物处理后的深度处理，提高出水的水质。

（7）对废水中干扰物质的承受能力较强，操作与设备维护比较容易，使用范围比较广。

作用芬顿氧化反应在废水处理中的研究进展：芬顿试剂具有很强的氧化性，而且其氧化性没有选择性，能适应各种废水的处理。

处理氰化物氰化物是剧毒性的物质，在废水的排放中都要严格控制氰化物的含量。芬顿试剂可有效地处理氰化物，处理过程中，游离的氰化物分两步被分解，反应如下：

CN-+H2O2→CNO-+H2O

CNO-+2H2→NH3+HC3O-

处理酚类酚类物质有较高的毒性，对人体有致癌作用，属于难降解的工业有机废水。芬顿试剂可用于处理苯酚、甲酚、氯代酚等多种酚类，效果均极好。在室温、pH=3～6和FeSO4催化剂存在的情况下，H2O2可快速破坏酚结构，氧化过程中先将苯环分裂为二元酸，最后生成CO2和H2O。

除了可以直接降解氯酚类物质外，还可以用芬顿试剂氧化作为生物处理技术的前处理过程，使废水的毒性降低，可生化性提高。在用芬顿试剂和生物法联合处理含有五氯酚的废水时，研究者观察到在预处理中采用芬顿试剂与只采用H2O2相比，在后续的生物处理过程中五氯酚的吸收速率显著提高。

处理染料废水纺织印染废水的组成非常复杂，多数分子是以苯环为核心的稠环、杂环结构，属于高度稳定且有高致癌性的废水，它难以降解，并含有大量残余的染料和助剂。目前染料废水主要问题是残余染料所产生的色度。染料废水中颜色来源于染料分子的共轭体系，芬顿试剂在酸性条件下生成HO能够氧化打破这种共轭结构，使之变成无色的有机分子进一步矿化。采用芬顿氧化法对染料废水进行处理具有高效低耗、无二次污染的优势。

处理染料中间体废水染料中间体废水中常含有大量的蒽醌、萘、苯的各种取代基衍生物，具有COD高、色度高等特点，是目前较难处理的工业废水之一。用芬顿试剂处理此类废水的研究也在陆续开展。

处理农药废水农药废水是一种难治理的有机化工废水，具有COD高、毒性大、难生物降解等特点。近来针对这点，出现了一些用Fenton法进行处理的研究。

处理焦化废水炼焦废水含有数十种无机和有机化合物，包括氨氮、硫氰化物、硫化物、氰化物、酚、苯胺、苯并芘等，其中一些是高致癌物，属于高污染难治理的工业废水。

处理垃圾渗滤液城市垃圾渗滤液是一种组成成分复杂的污水，将会污染地下水，对城市环境构成严重威胁。由于其含有多种有毒有害的难降解有机物，不易用传统的生化法来处理。不同的填埋场的垃圾渗滤液的组成、浓度不同。因此，对垃圾渗滤液的处理效率研究，主要是从降低COD和去除的混合物中有机物分子量来考察。

用芬顿试剂处理废水的特点，一是反应启动快，反应在酸性的环境中，常温常压，条件温和；二是不需要设计复杂的反应系统，设备简单、能耗小。芬顿试剂氧化性强，反应过程中可以将污染物彻底地无害化，而且氧化剂H2O2参加反应后的剩余物可以自行分解掉，不留残余，同时也是良好的絮凝剂，效果好。Fenton试剂在处理各种废水的时候，其反应条件差别不大，这就方便了Fenton试剂的工业化应用。1