《有毒難降解有機(jī)廢水處理中基于OH高級(jí)氧化技術(shù)發(fā)展綜述》2200字

有毒難降解有機(jī)廢水處理中基于OH高級(jí)氧化技術(shù)發(fā)展綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u8942有毒難降解有機(jī)廢水處理中基于OH高級(jí)氧化技術(shù)發(fā)展綜述 1315871.1傳統(tǒng)·OH高級(jí)氧化技術(shù) 1323471.2Fenton氧化法 1170531.3電/芬頓 2306621.4光芬頓 3220671.5超聲芬頓 31.1傳統(tǒng)·OH高級(jí)氧化技術(shù)傳統(tǒng)高級(jí)氧化法(MOPS)是目前處理有毒難降解有機(jī)廢水最具有研究前景的方法之一。MOPS是指將光、電、超聲等外界能量輸入反應(yīng)體系中生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·OH)，·OH的氧化性足以此把廢水中所有大分子量且較難去除的有機(jī)污染物氧化生成毒性較低或幾乎不再有毒性的小分子物質(zhì)或者最終氧化層水、二氧化碳和無(wú)機(jī)鹽等。與傳統(tǒng)化學(xué)氧化法相比，MOPS的降解效果更為顯著徹底，成為高級(jí)氧化技術(shù)重要的研究方向，但是目前由于該方法成本較高，耗能較高，實(shí)際應(yīng)用起來(lái)仍然有困難。1.2Fenton氧化法近年來(lái)，高級(jí)氧化技術(shù)(advancedoxidationtechnologies,AOTs)因其降解有機(jī)污染物的高效性得到了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。其中Fenton氧化法因?yàn)椴僮髌饋?lái)簡(jiǎn)單、成本低廉、設(shè)備簡(jiǎn)便且對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)受到了更多的關(guān)注，并逐漸研究出了光Fenton、電Fenton、光電Fenton等Fenton體系和類Fenton體系[]。傳統(tǒng)的芬頓試劑是指亞鐵離子與H2O2組合在一起的試劑。1894年法國(guó)科學(xué)家Fenton在研究降解酒石酸的問(wèn)題時(shí)首先發(fā)現(xiàn)酸性條件下亞鐵離子與過(guò)氧化氫同時(shí)存在時(shí)酒石酸可以得到明顯的降解[]。在此之后，人們經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在亞鐵離子的催化作用下，H2O2會(huì)分解產(chǎn)生一種中間態(tài)活性物羥基自由基·OH，且活化能只有34.9kJ/mol?！H作為具有強(qiáng)氧化性的一種氧化劑可以進(jìn)一步分解溶液中的有機(jī)物。于是，人們?yōu)榱思o(jì)念這位發(fā)過(guò)科學(xué)家，便把酸性條件下亞鐵離子與過(guò)氧化氫的組合稱為芬頓試劑。芬頓體系最初被應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有機(jī)物的降解研究。1964年，Eisenhauer首次將芬頓體系應(yīng)用于處理含有苯酚等有毒性物質(zhì)的廢水處理。之后，芬頓體系被應(yīng)用于越來(lái)越多的領(lǐng)域，如處理紙漿廢水和染料廢水中的丙酮、酚類等物質(zhì)。此外，當(dāng)在芬頓體系中加入臭氧、紫外可見(jiàn)光、還原性鹽時(shí)，體系中都可以產(chǎn)生羥基自由基，有機(jī)物質(zhì)被降解的效果也更顯著。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)某些鐵的強(qiáng)有機(jī)配體也有類似效果。芬頓體系所產(chǎn)生的中間態(tài)活性物羥基自由基的氧化電極電位為2.80V，比一般氧化劑的氧化電極電位高?！H與其它強(qiáng)氧化劑的標(biāo)準(zhǔn)電極電位的比較詳見(jiàn)圖表1。因此·OH具有更強(qiáng)的氧化能力，能夠有效地與廢水中的有機(jī)污染物反應(yīng)并徹底降解常規(guī)氧化劑所無(wú)法分解的有機(jī)物(RH)。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，芬頓試劑能不同程度地氧化降解各種工業(yè)廢水和去除水中的污染物。圖表SEQ圖表\*ARABIC1常見(jiàn)氧化劑的標(biāo)準(zhǔn)電極電位由于芬頓體系所需的試劑對(duì)環(huán)境沒(méi)有二次污染，均相體系解決了質(zhì)量傳輸帶來(lái)的能量浪費(fèi)，而且操作簡(jiǎn)便，成本低廉，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛地用于處理污水中的有害有機(jī)物。1.3電/芬頓電Fenton法是將電解技術(shù)加入到芬頓法的一種“清潔技術(shù)”，體系中產(chǎn)生的電子會(huì)把三價(jià)鐵離子還原為亞鐵離子，亞鐵離子再與H2O2重新組成芬頓試劑，再繼續(xù)分解有機(jī)物，從而形成一個(gè)循環(huán)可持續(xù)進(jìn)行的反應(yīng)體系。這種方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)于H2O2，亞鐵離子兩種物質(zhì)的循環(huán)再生。廢水中的有機(jī)物在陽(yáng)極失去電子被氧化從而被降解。除此之外，可在系統(tǒng)中增加亞鐵離子與過(guò)氧化氫的比例的方法來(lái)提高·OH的轉(zhuǎn)化率，從而達(dá)到高效去除酚類的目的。電/芬頓法的實(shí)質(zhì)是把用電化學(xué)法產(chǎn)生的亞鐵離子和H2O2作為芬頓試劑的持續(xù)來(lái)源。電/芬頓法更適合廢水中有毒有機(jī)物濃度較高的情況。電芬頓法優(yōu)點(diǎn)如下:是一個(gè)循環(huán)可持續(xù)的反應(yīng)體系，對(duì)過(guò)氧化氫的利用率較高；降解效果比傳統(tǒng)的芬頓反應(yīng)要高。同時(shí)，電/芬頓法也有許多缺點(diǎn)阻礙了它的應(yīng)用：（1）反應(yīng)體系中電極性能、廢水特性或反應(yīng)電壓都有可能導(dǎo)致過(guò)氧化氫發(fā)生分解的副反應(yīng)，且這些條件較難控制；（2）反應(yīng)效果很大程度上取決于陰極材料的催化性能，如何找到適合的陰極材料也是亟待解決的問(wèn)題；（3）電化學(xué)氧化過(guò)程主要在陽(yáng)極進(jìn)行，陰極處的反應(yīng)卻沒(méi)有涉及污染物的降解，造成能量浪費(fèi)；（4）對(duì)pH要求較高等。目前電芬頓技術(shù)更多的是實(shí)驗(yàn)室研究階段，實(shí)際應(yīng)用較少。1.4光芬頓光芬頓法是指將各種光源如紫外光或太陽(yáng)光等對(duì)芬頓體系中的反應(yīng)物進(jìn)行持續(xù)照射從而有利于O3，H2O2等光活性物質(zhì)生成·OH來(lái)氧化分解有機(jī)物的方法。光照在促進(jìn)三價(jià)鐵離子與亞鐵離子相互轉(zhuǎn)化的同時(shí)，也可以通過(guò)光解作用分解有機(jī)物。光Fenton體系中存在的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如式1-1至1-4所示[]:UV+H2O2→2·OH(1-1)UV+O3→O2+[O](1-2)[O]+H2O→2·OH(1-3)UV+Fe(OH)2+→Fe2++·OH(1-4)在光芬頓法中，光照和Fe2+氧化這兩種形式均可生成·OH，因此能有效地降解廢水中的毒素并做無(wú)害化處理。但是光芬頓發(fā)對(duì)廢水水體的透光性要求比較高，而高濃度有機(jī)廢水透光性較差，這使得其在實(shí)際應(yīng)用中效果不夠理想。此外，光芬頓法需要用到的光催化劑如納米級(jí)二氧化鈦粉末等較難回收利用，導(dǎo)致對(duì)環(huán)境的二次污染。1.5超聲芬頓超聲芬頓法是將超聲波技術(shù)和芬頓試劑法聯(lián)合使用的一種新型的高級(jí)氧化技術(shù)。自上世紀(jì)八十年代起，人們就已經(jīng)開(kāi)始研究超聲波在化學(xué)反應(yīng)中的強(qiáng)化效應(yīng)。超聲波的頻率范圍在20kHz~10MHz之間，在彈性介質(zhì)中傳播史穿透力極強(qiáng)，能量高，且具有優(yōu)異的定向性，在化學(xué)反應(yīng)中的強(qiáng)化作用主要與其機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)有關(guān)。而在超聲芬頓法中，超聲波所起的作用也主要與這三種效應(yīng)有關(guān)：①超聲波空化效應(yīng)會(huì)使反應(yīng)體系處于超臨界狀態(tài)，能夠促進(jìn)芬頓試劑產(chǎn)生自由基，進(jìn)而氧化降解廢水中的有機(jī)污染物；②超聲的機(jī)械效應(yīng)類似攪拌和