(完整版)芬顿反应

芬顿反应

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。1893 年,化学家Fenton HJ 发现，过氧化氢(H2O2) 与二价铁离子Fe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。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，具有去除难降解有机污染物的高能力的芬顿试剂，在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中体现了很广泛的应用。当芬顿发现芬顿试剂时，尚不清楚过氧化氢与二价铁离子反应到底生成了什么氧化剂具有如此强的氧化能力。二十多年后，有人假设可能反应中产生了羟基自由基，否则，氧化性不会有如此强。因此，以后人们采用了一个较广泛引用的化学反应方程式来描述芬顿试剂中发生的化学反应：

Fe+H2O2→Fe+OH+ ·OH ①

从上式可以看出，1mol的H2O2与1mol的Fe反应后生成1mol的Fe，同时伴随生成1mol的OH外加1mol的羟基自由基。正是羟基自由基的存在，使得芬顿试剂具有强的氧化能力。据计算在pH = 4 的溶液中，OH·自由基的氧化电势高达2. 73 V。在自然界中，氧化能力在溶液中仅次于氟气。因此，持久性有机物，特别是通常的试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物，在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。1975 年,美国著名环境化学家Walling C 系统研究了芬顿试剂中各类自由基的种类及Fe 在Fenton 试剂中扮演的角色，得出如下化学反应方程：

H2O2 + Fe→ Fe + O2 + 2H ②

O2 + Fe→ Fe + O2· ③

可以看出,芬顿试剂中除了产生1 摩尔的OH·自由基外,还伴随着生成1 摩尔的过氧自由基O2·，但是过氧自由基的氧化电势只有1.3 V左右，所以，在芬顿试剂中起主要氧化作用的是OH·自由基。

芬顿氧化技术是以芬顿试剂进行化学氧化的废水处理方法。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合而成的一种氧化能力很强的氧化剂。其氧化机理主要是在酸性条件下(一般pH<3.5)，利用Fe2+作为H2O2的催化剂，生成具有很强氧化电性且反应活性很高的·OH，羟基自由基在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。同时Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，将大量有机物凝结而去除。芬顿氧化法可有效地处理含硝基苯、ABS等有机物的废水以及用于废水的脱色、除恶臭。

Fenton试剂具有下列特点：

?氧化能力强。

?过氧化氢分解成羟基自由基的速度很快，氧化速率也较高。

?羟基自由基具有很高的电负性或亲电性。

?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。

?由于是一种物理化学处理方法，很容易加以控制，比较容易满足处理要求。

?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。

如果将生物氧化法作为预处理，其去除有机物的效果将会更好。

?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。

?Fe(OH)3胶体能在低pH值范围内使用，而在低pH值范围内有机物大多以分子态存在，比较容易去除，这也提高了有机物的去除效率。

芬顿反应

芬顿反应是以亚铁离子为催化剂的一系列自由基反应。主要反应大致如下：Fe2+ +H2O2==Fe3+ +OH-+HO·

Fe3+ +H2O2+OH-==Fe2+ +H2O+HO·

Fe3+ +H2O2==Fe2+ +H+ +HO2

HO2+H2O2==H2O+O2↑+HO·

芬顿试剂通过以上反应，不断产生HO·（羟基自由基，电极电势2.80EV，仅次于F2），使得整个体系具有强氧化性，可以氧化氯苯、氯化苄、油脂等等难以被一般氧化剂（氯气，次氯酸钠，二氧化氯，臭氧，臭氧的电极电势只有2.23EV）氧化的物质。

以氯苯为例，C6H5Cl---------------(Fe2+ H2O2)→CO2+H2O+HCl

芬顿试剂的影响因素

根据上述Fenton试剂反应的机理可知，OH ·是氧化有机物的有效因子，而[Fe2+]、[H2O2]、[OH-]决定了OH·的产量，因而决定了与有机物反应的程度。影响该系统的因素包括溶液pH值、反应温度、H2O2投加量及投加方式、催化剂种类、催化剂与H2O2投加量之比等。