什么是芬頓反應(yīng)

1894年，法國人H,J,HFenton發(fā)現(xiàn)采用Fe2+和H2O2體系能氧化多種有機(jī)物。后人為紀(jì)念他將亞鐵鹽和過氧化氫的組合稱為Fenton試劑，它能有效氧化去除傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)無法去除的難降解有機(jī)物，其實(shí)質(zhì)是H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反應(yīng)活性的羥基自由基可與大多數(shù)有機(jī)物作用使其降解。隨著研究的深入，又把紫外光、草酸鹽等引入Fenton試劑中，使其氧化能力大大增強(qiáng)。從廣義上說，F(xiàn)enton法是利用催化劑、或光輻射、或電化學(xué)作用，通過H2O2產(chǎn)生羥基自由基處理有機(jī)物的技術(shù)。近年來，越來越多的研究者把Fenton試劑同別的處理方法結(jié)合起來，如生物處理法、超聲波法、混凝法、沉淀法，活性炭法等，從發(fā)展歷程來看，F(xiàn)enton法基本上是沿著光化學(xué)，電化學(xué)和其他方法聯(lián)用三條路線向前發(fā)展的。進(jìn)入20 世紀(jì)70 年代，芬頓試劑在環(huán)境化學(xué)中找到了它的位置，具有去除難降解有機(jī)污染物的高能力的芬頓試劑，在印染廢水、含油廢水、含酚廢水、焦化廢水、含硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水處理中體現(xiàn)了很廣泛的應(yīng)用。 當(dāng)芬頓發(fā)現(xiàn)芬頓試劑時，尚不清楚過氧化氫與二價鐵離子反應(yīng)到底生成了什么氧化劑具有如此強(qiáng)的氧化能力。二十多年后，有人假設(shè)可能反應(yīng)中產(chǎn)生了羥基自由基，否則，氧化性不會有如此強(qiáng)。

芬頓反應(yīng)是無機(jī)化學(xué)反應(yīng)的過程，是過氧化氫(H2O2) 與二價鐵離子Fe2+的混合溶液將很多已知的有機(jī)化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機(jī)態(tài)。反應(yīng)具有去除難降解有機(jī)污染物的高能力，在印染廢水、含油廢水、含酚廢水、焦化廢水、含硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水處理中有很廣泛的應(yīng)用。與研究的主要濕氧化技術(shù)H2SO4-H2O2，H2SO4-HNO3體系相比，具有較大的優(yōu)勢，該技術(shù)的應(yīng)用和研究主要集中在環(huán)保領(lǐng)域中難降解有機(jī)廢物的處理與處置。

人們采用了一個較廣泛引用的化學(xué)反應(yīng)方程式來描述芬頓試劑中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：

Fe2+ + H2O2→Fe3+ + （OH）-+OH·①

從上式可以看出，1mol的H2O2與1mol的Fe2+反應(yīng)后生成1mol的Fe3+，同時伴隨生成1mol的OH-外加1mol的羥基自由基。正是羥基自由基的存在，使得芬頓試劑具有強(qiáng)的氧化能力。據(jù)計算在pH = 4 的溶液中，OH·自由基的氧化電勢高達(dá)2. 73 V。在自然界中，氧化能力在溶液中僅次于氟氣。因此，持久性有機(jī)物，特別是通常的試劑難以氧化的芳香類化合物及一些雜環(huán)類化合物，在芬頓試劑面前全部被無選擇氧化降解掉。1975 年,美國著名環(huán)境化學(xué)家Walling C 系統(tǒng)研究了芬頓試劑中各類自由基的種類及Fe 在Fenton 試劑中扮演的角色，得出如下化學(xué)反應(yīng)方程：

H2O2 + Fe3+ → Fe2+ + O2 + 2H+ ②

O2 + Fe2+→ Fe3+ + O2-③

可以看出,芬頓試劑中除了產(chǎn)生1 摩爾的OH·自由基外,還伴隨著生成1 摩爾的過氧自由基O2·，但是過氧自由基的氧化電勢只有1.3 V左右，所以，在芬頓試劑中起主要氧化作用的是OH·自由基。