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1芬頓概述
“芬頓試劑”最早由法國科學家芬頓在酒石酸的分解反應中發現，它是指在酸性條件下Fe2+與H2O2組合的體系。1964年加拿大的Eisenhauer首次在工業廢水處理中加入芬頓試劑處理苯酚及烷基苯廢水，之后很多學者都將芬頓試劑應用到有機物的降解中。例如，王中旭等以修飾后石墨/聚四氟乙烯為陰極，采用電芬頓反應降解纖維素。由于設備簡單、操作簡便、反應快速、高效等優點，芬頓氧化技術在有機污染物的水處理領域引起了國內外科學家的極大關注。
2芬頓反應的特點
芬頓反應通過Fe2+與H2O2反應產生強氧化性的羥基自由基(•OH)達到降解有機污染物的目的。反應機理如下:對比于其他氧化劑，•OH具有更高的氧化電位，氧化電位為2.80V，•OH與其它氧化劑的電極電位比較。氟的氧化電位最高，為3.06V，•OH的氧化性僅次于氟，因此具有更強的氧化能力。
3均相芬頓氧化技術的機理及應用
3．1超聲芬頓氧化技術
超聲輻射產生的空化效應在瞬間能釋放高能量，利用這一原理，將超聲輻射與芬頓氧化技術結合，使H2O2分子裂解形成具有活性的•OH基團，超聲與Fenton試劑聯用的體系被稱為超聲－Fenton氧化技術。超聲－Fenton氧化技術的優點是:超聲輻射能使H2O2分子裂解產生•OH，這樣就能增加反應體系的活性基團，加速有機物的降解。Voncina等利用超聲輔助的芬頓氧化技術降解6種活性染料(活性黃15、活性紅22、活性藍28等)，研究結果表明芬頓體系中超聲波的引入可以提高芬頓反應的效果。陳穎等采用準好氧礦化垃圾反應床+超聲/芬頓聯用技術對垃圾滲濾液進行預處理。在超聲－Fen-ton最佳工藝條件下，COD、總磷和色度的最高去除率可達90%以上，且出水無臭。Zhang等研究了芬頓氧化技術對活性黑8(RB8)的氧化脫色和礦化的影響，研究表明利用超聲波為輔助芬頓氧化技術能提高COD的去除率，但是對RB8的脫色影響不明顯。超聲－Fenton氧化技術由于超聲的制備工藝及成本昂貴等問題，限制了該技術的推廣程度和使用范圍。
3．2微波芬頓氧化技術
在Fenton體系中引入微波的聯用技術稱為微波－Fenton氧化技術。微波誘導的芬頓氧化技術是近年發展起來的新型氧化技術。微波－Fenton氧化技術的優點是:微波能使帶有磁性的污染物產生“熱點”，這樣能降低化學反應的活化能，縮短反應時間，加速有機污染物的降解。Homem等將微波一芬頓氧化技術應用到阿莫西林的降解中速率。Yang等將微波輻射與芬頓氧化技術相結合用于處理高濃度制藥廢水。結果表明，在微波功率為300W的最佳反應條件下，COD的去除率可達57.53%。但是與普通芬頓法相比，微波－Fenton氧化技術的缺點是處理費用較高。
3．3光芬頓氧化技術
在芬頓反應中，Fe2+和Fe3+都能與H2O2反應產生•OH，從而實現Fe2+和Fe3+的循環，但是Fe3+與H2O2的反應是這一循環反應的限速步驟。為了提高芬頓氧化的效率，研究者們將紫外或可見光與Fenton聯用以提高芬頓體系的催化活性，這種紫外或可見光照射下的Fenton試劑體系被稱為光－Fen-ton氧化技術。光－Fenton氧化技術的優點是:首先，Fe3+與•OH產生的(Fe(OH)2+)在光照射下可直接產生•OH和Fe2+，加速了Fe3+和Fe2+之間的循環。其次，光照射H2O2可直接產生•OH，提高了H2O2的有效利用率。再次，紫外光的直接照射可打破有機物現有分子結構而被直接降解或氧化，增加了有機物降解的途徑。劉曉霞等采用UV－Fenton體系處理黑色KNB染料廢水。研究表明，在酸性條件下，當KNB的初始濃度為50mg/L，H2O2為0.2ml/L，FeSO4為0.7mmol/L時，采用紫外光照射，反應1小時后染料廢水脫色率幾乎可達100%。Elmor-si等在酸性紅73(MR73)的降解研究中，將紫外光引入Fe2+和H2O2體系中，可以有效提高芬頓體系的反應速率，UV－Fenton能促進目標物的降解和礦化。王繼全等采用可見光與Fe2O3復合催化劑催化降解有機污染物，在可見光(λ≥420nm)的照射下，催化劑對RhB和MB都有著很好的催化降解效果。由于紫外光是可見光中的一小部分，其獲得成本較高限制了紫外－Fenton氧化技術的推廣應用。
3．4電芬頓氧化技術
電－Fenton氧化技術就是在電解槽中通過電化學反應生成Fe2+與H2O2作為芬頓試劑，當廢水流入電解槽時，通過生成的H2O2與溶液中的Fe2+催化劑兩者產生•OH來實現降解有機污染物的目的。電－Fenton氧化技術的優點是:首先，電－Fenton在原位生產H2O2，可以有效避免試劑在運輸、儲存過程中的風險。其次，電－Fenton可以利用O2產生H2O2，H2O2的產生可以由電化學作用調控，這樣能有效提高H2O2的利用效率。再次，電－Fenton降解有機污染物除了•OH的氧化作用外，還有陽極氧化、電吸附的貢獻。最后，電－Fenton降解有機污染物污泥產量少，可有效降低二次污染的風險。王盛將電－Fenton體系引入2－乙基葸醌改性氣體擴散電極中處理含苯酚廢水。通過電－Fenton體系的協同作用產生無選擇性氧化劑•OH來，氧化降解廢水中苯酚。當鐵片作陽極，催化劑2－乙基葸醌大于20%時，降解60min后，苯酚降解率都保持在80%。宋燕為了解決水中個人護理品難以處理的問題，以石墨烯氣體擴散電極為陰極，構建了均相電芬頓氧化體系，并應用于含三氯生模擬廢水的氧化降解，結果表明，對于初始濃度為45mg/L的三氯生，強酸性條件下外加Fe2+，電芬頓氧化的處理180min，三氯生廢水的降解率為73.9%。電－Fenton氧化技術利用了電化學反應和芬頓氧化能力，它與光－Fenton相比降解有機物的機制較完善，且降解途徑增加，但是該項技術要求電極應有較高電位用于析氫，同時還需要具備氧還原電子的催化活性，對電極在廢水中的穩定性和抗腐蝕性有很高要求，往往需要提高處理成本來獲得高效的處理效果。
4結語
均相芬頓氧化技術的缺點是反應的介質環境為強酸性。一般反應pH在2～4之間，且調節pH需要外加酸，一定程度上增加了成本。一般需要外加反應所需的鐵離子，且不同的反應類型對應的鐵投加量有很大差異。上述缺點成為了芬頓技術進一步發展的瓶頸，未來芬頓氧化技術的發展趨向于解決催化劑與反應介質分離的問題。
作者：崔豐元 單位：鶴崗市環境保護局