電芬頓法處理電鍍廢水

　1電芬頓法簡(jiǎn)介

　　高級氧化技術(shù)的概念最早是由Glaze等人在1987年提出的，以產(chǎn)生羥基自由基(·OH)為標志。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的以Fenton反應為基礎的高級氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Processes，AOPs)，主要包括Fenton法和類(lèi)Fenton法。傳統的芬頓反應不能實(shí)現鐵的循環(huán)、pH范圍狹小(最佳2.0~3.5)、鐵離子本身也捕獲自由基，雙氧水利用率不高，限制了其在水處理中的應運。由于羥基自由基的壽命短暫，常在外界條件的輔助作用下，如紫外線(xiàn)、電場(chǎng)等條件，強化其處理效果，拓寬在水處理中的應運，主要有光芬頓法、電芬頓法、光電芬頓、紫外-芬頓等。其中電Fenton法，不僅具有電化學(xué)法的所有性質(zhì)，而且可利用羥自由基的強氧化作用，逐漸成為Fenton試劑的主要發(fā)展方向，也是電化學(xué)技術(shù)的主流方向。

　　2芬頓法原理

　　1894年，法國科學(xué)家Fenton H J H發(fā)現亞鐵離子與過(guò)氧化氫在酸性條件，能有效降解酒石酸。隨著(zhù)有機污染的加劇，這種方法為有機廢水的處理提供了新的途徑，具有劃時(shí)代的意義。為了紀念Fenton H J H的卓越貢獻，將Fe2+/H2O2命名為Fenton試劑，這種反應稱(chēng)為Fenton反應。Fenton試劑能有效的無(wú)選擇的氧化有機物，具有極強的氧化性。但對芬頓反應的機理不甚了解，科學(xué)工作者提出多種可能的設想。美國人用二甲亞颯(DMPO)作為自由基的捕獲劑，用核磁共振的方法，捕獲到自由基的信號，提出了自由基和氧化劑碎片機理。而后，walling和Norman及Jefcoate等人的研究也證實(shí)了這一結論。David R.等總結歸納了前人有關(guān)Fenton反應的機理(見(jiàn)表1-1)。目前普遍為大家接受的反應機制：過(guò)氧化氫與亞鐵離子反應生成自由基(.OH)和氫氧根離子(OH-)，其中自由基具有很高的氧化電極電位(見(jiàn)表1.2)，因此，芬頓試劑在水處理中主要利用自由基的強氧化性。除了亞鐵離子可以實(shí)現Fenton反應以外，其他的過(guò)渡金屬離子(如Cu2+等)也可以將過(guò)氧化氫催化分解為自由基和氫氧根離子。

　　電芬頓技術(shù)是在Fenton試劑的基礎上發(fā)展起來(lái)的電化學(xué)處理技術(shù)之一。電-Fenton法(EF)可以分為兩種形式。一種是可溶性亞鐵鹽與在微酸性溶液陰極上生成的H2O2發(fā)生Fenton反應，電化學(xué)與Fenton很好的結合起來(lái)，這種方法所用的電極多為石墨、碳氈等等;另一種方法是犧牲陽(yáng)極法，金屬電極作為陽(yáng)極溶解出亞Fe2+，與外援加入的H2O2進(jìn)行Fenton反應，其反應機理如下：

　　電芬頓反應對污染物的去除機理也非常復雜，目前普遍認同的也是基于羥基自由基的強氧化作用。由于電芬頓的形式不一，其產(chǎn)生羥基自由基的方式也不一樣，但在對污染物的降解中，研究者普遍認為同Fenton試劑的作用類(lèi)似，主要是陰陽(yáng)極作用產(chǎn)生的自由基的強氧化作用氧化分解、消除污染物。

　　3電芬頓法的特點(diǎn)

　　電-Fenton技術(shù)相對于傳統的Fenton技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)用石墨、碳氈等作為電化學(xué)反應的陰極，在酸性條件下，將通入陰極的氧化轉化成雙氧水，所以雙氧水不用外援投加，降低了處理成本，也減小雙氧水在運輸過(guò)程中的危險。

　　(2)通入電解液中的氧氣只有一部分轉化為雙氧水，其它以氣體形式釋放出，對電解液起到攪拌的作用，使電解液混合均勻，對極化現象起到預防作用。

　　(3)電化學(xué)反應能提供持續Fe2+，極板溶解直接產(chǎn)生或Fe3+得到電子被還原為Fe2+，使得Fe2+可以循環(huán)使用;芬頓法需要投加鐵鹽，成本高，產(chǎn)生污泥量多，處理后出水色度較高、陰離子含量高，電芬頓不存在這個(gè)問(wèn)題;

　　(4)電芬頓降解污染物，除了自由基的氧化作用，還有電混凝、電氧化、電還原、電氣浮等過(guò)程，或這幾種過(guò)程的聯(lián)合協(xié)同作用。

　　4電芬頓法在水處理中的應用

　　Huang Y H等使用電-Fenton方法處理石油化工廢水，實(shí)驗結果顯示表明，使用犧牲鐵陽(yáng)極提供Fe2+與外援加入的H2O2組成的電-Fenton法對廢水COD有較高的去除效果，并與O3、O3/H2O2、次氯酸鈉及傳統Fenton法的處理效果進(jìn)行比較，電芬頓去除效果明顯好于其他幾種方法。Brillas E等采用電芬頓法降解苯胺。Cristina Flox等采用以Pt作陽(yáng)極的電芬頓和光電芬頓處理靛藍染料廢水，使用BDD作陽(yáng)極的電芬頓和使用Fe2+和Cu2+聯(lián)合催化以Pt為陽(yáng)極的光電芬頓，都能使靛藍染料完全礦化。Marco Panizza等采用陰極產(chǎn)生雙氧水的電芬頓降解合成染料，考察了各種因素對降解效果的影響。Zhou M H等采用電芬頓法處理甲基紅，用PTFE作為陰極，考察了電解質(zhì)Na2SO4的濃度、pH、亞鐵離子濃度和污染物濃度對甲基紅去除的影響，結果發(fā)現，甲基紅的降解分兩個(gè)階段，第二階段比第一階段降解速率慢。Zhang H等采用電芬頓去除垃圾填埋場(chǎng)COD，考察了反應時(shí)間、極板間距、電流密度、H2O2/Fe2+的摩爾比對降解的影響,結果表明電芬頓能有效降解垃圾滲濾液中有機物，比普通芬頓不僅具有高效性，而且更經(jīng)濟。BrillasE等等采用陽(yáng)極氧化、電芬頓和光電芬頓對除草劑3,6-二氯-2-甲氧基苯甲酸進(jìn)行了研究。ZhaoX等采用電混凝及電芬頓技術(shù)降解線(xiàn)路板廢水。Zhao X等采用電混凝及電芬頓技術(shù)去除砷，用DSA和鐵板作為極板，DSA極板上砷被氧化，然后通過(guò)混凝沉淀去除，研究了共存離子對砷去除的影響，發(fā)現Ca、Mg離子促進(jìn)砷的去除，Cl-、CO32-、PO43-等離子抑制砷的去除。Boye B等使用陽(yáng)極氧化、電芬頓、光電芬頓等方法降解除草劑2,4,5-T。Panizza M等采用電芬頓法降解萘磺酸和蒽醌磺酸的有機工業(yè)廢水。廉雨等采用電芬頓氧化法處理酸性橙Ⅱ模擬廢水，電芬頓氧化法能夠高效地分解酸性橙Ⅱ分子結構中偶氮鍵和萘環(huán)，提高廢水的可生化性。