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高级氧化技术—(芬顿试剂)反应机理研究

发布时间:2018-12-10 15:40  文章来源:未知  文章作者:高级氧化技术工程

  当 Fenton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。20多年后,有人假设可能反应中产生了经基自由基,由于H2O:在催化剂Fe3+(Fe2+)的存在下,能高效率地分解生成具有强氧化能力和高电负性或亲电子性(电子亲和能力569.3KJ的经基自由基(·OH ),·OH 可以氧化降解水体中的有机污染物,使其最终矿化为C02,H20及无机盐类等小分子物质。据计算在pH=4的溶液中,-OH的氧化电位高达2.73 V,其氧化能力在溶液中仅次于氢氟酸。因此,通常的试剂难以氧化持久性有机物,特别是芳香类化合物及一些杂环类化合物,芬顿试剂对其中的绝大部分都可以无选择地氧化降解。
 

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  Fenton试剂产生强氧化能力的反应机理研究

  有关芬顿试剂的反应机理,一种研究认为是无机物之间的反应,像Fe2+,Fe3+, H202, ·OH,HO2·和02-·,这是一般的芬顿反应体系中都存在的。这部分反应的机理研究主要通过化学捕获剂和先进的分析仪器来完成,研究主要集中在是产生以9基自由基或烷氧自由基为主的氧化物种,还是产生以铁为中心的高价瞬态氧化物种。近年来,研究人员发现,毗咤可以作为自由基的捕获剂用于捕获102·自由基。而同时,-OH自由基的竞争反应不影响到对HO2·自由基的捕获。依据此种发现,研究人员提出了高能的自由基和氧化剂的产生机理,这也是芬顿反应比较成熟的机理论断。然而直到现在,对铁氧化后在反应中存在的形态等方面还有很多问题需要研究。针对这一现象,一些学者提出了许多中间过程,归纳起来主要有几种:pH值在2.5一4.5之间时,低浓度的Fe2+主要以Fe(OH)(H20)52+的形式存在,这个反应的发生是H2O2在Fe2+的第一个配位体上发生了配位交换,随后发生了体内二电子的转移反应,生成F4+的复合物。Fe(oH)3(H2O)4+中间体继续反应并产生·OH,Fe(oH)(H2O)52+继续与H2O2:发生反应,使Fe2+得以循环。
 

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  Fenton试剂在有机物中的反应机理研究

  近年来,人们致力于研究芬顿试剂与有机物及其中间产物之间的反应规律;研究芬顿试剂对不同有机物的动力学,并建立了不同的动力学模型,这种研究指导了Fenion试剂的工业化应用。

  探讨对芬顿试剂氧化氯酚的反应特征,主要研究pH、H202、Fe2+对反应的影响。在研究中发现,如果酸性太强,溶液中的H+浓度过高,过氧化氢以H3o2+稳定存在,而且有机物在强酸性环境中不易分解,Fe3+不能被顺利地还原成Fe2+,催化反应受阻。实验证明,反应受到自由Fe2+浓度的影响,Fe2+是产生·OH的关键因素。被芬顿试剂分解的小分子有机物,有一部分会加速分解,而另外一部分会和Fe2+形成稳定的化合物,很难被进一步降解,只要有H必:存在,有机物的降解反应便会继续下去。

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