1、電Fent on法的類(lei)型(xing)與機理(li)

1.1 EF-Fenton法(fa)

該(gai)法又稱陰(yin)極電解Fenton法,其基本(ben)原(yuan)理(li)是O2在陰(yin)極還(huan)原(yuan)為(wei)H2O2,并與Fe2+發生Fenton反應生成(cheng)OH·,OH·繼而將有機(ji)物氧化為(wei)CO2和(he)H2O,或者(zhe)小分子有機(ji)物。

O2+2e+2H+→H2O2                         (1)

H2O2+Fe2+→Fe3++OH-+OH·                (2)

OH·+有機(ji)物(wu)→CO2+H2O+小(xiao)分(fen)子有機(ji)物(wu)       (3)

反應(1)中(zhong)的O2可以通過外界曝氣的方式(shi)引入至電解反應器的陰極,也(ye)可利用陽極依據(ju)反應式(shi)(4)或(5)析出的O2。

2H2O→O2+4H++4e(酸性介質)               (4)

4OH-→O2+2H2O+4e(堿性介質(zhi))              (5)

該(gai)法中Fe2+一般通(tong)過外部添加,反應開(kai)始后Fe2+會被迅速氧化(hua)為(wei)Fe3+,但(dan)Fe3+在(zai)直流(liu)電(dian)場的作用下遷移至陰極(ji)(ji)(ji)表面(mian),并(bing)被重新還原為(wei)Fe2+,而H2O2可在(zai)陰極(ji)(ji)(ji)連續產生,這樣就(jiu)保證了Fenton反應持續發(fa)生。EF-Fenton法中陽極(ji)(ji)(ji)通(tong)常為(wei)不溶性(xing)(xing)陽極(ji)(ji)(ji)材料,如石(shi)墨、鈦基氧化(hua)物(wu)電(dian)極(ji)(ji)(ji)或其(qi)他(ta)貴金(jin)屬材料,陰極(ji)(ji)(ji)通(tong)常為(wei)石(shi)墨、活性(xing)(xing)炭纖維等。當電(dian)化(hua)學(xue)反應器的陽極(ji)(ji)(ji)采(cai)用不溶性(xing)(xing)陽極(ji)(ji)(ji)材料時(shi),陽極(ji)(ji)(ji)表面(mian)就(jiu)可以產生OH·,反應式(shi)如下:

2H2O-2e→2OH·+2H+(酸性介(jie)質)            (6)

OH--e→2OH·(堿性介質)                   (7)

因(yin)此(ci)在EF-Fenton法中不但可(ke)通過Fenton反應產生OH·,陽極(ji)亦可(ke)產生OH·,這即是EF-Fenton法可(ke)高效(xiao)降解有機物(wu)的原因(yin)。

1.2 EF-Feox法

又稱(cheng)犧牲陽(yang)(yang)(yang)極(ji)(ji)法,以鐵(tie)作為(wei)陽(yang)(yang)(yang)極(ji)(ji)材料,電解(jie)時鐵(tie)被氧化溶解(jie)生(sheng)(sheng)成Fe2+,與外(wai)部添加的(de)H2O2或O2在(zai)陰極(ji)(ji)還(huan)原產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)H2O2發(fa)生(sheng)(sheng)Fenton反應(ying)生(sheng)(sheng)成OH·。在(zai)EF-Fenton法和EF-Feox法中,反應(ying)過程結束后,水中的(de)鐵(tie)離(li)(li)子(zi)必須被去除。一般通過調節pH值使鐵(tie)離(li)(li)子(zi)形成沉(chen)(chen)淀。鐵(tie)離(li)(li)子(zi)沉(chen)(chen)淀過程可(ke)起到(dao)絮(xu)凝去除以膠體(ti)形式存在(zai)的(de)有機物及部分大分子(zi)有機物的(de)作用。該法中由于陽(yang)(yang)(yang)極(ji)(ji)材料的(de)溶解(jie),因此需要經常更換陽(yang)(yang)(yang)極(ji)(ji)材料;H2O2由外(wai)部添加,故試劑(ji)費用較高。

1.3 FSR法

FSR法即Fenton污泥循(xun)環系(xi)(xi)統(tong),又(you)稱(cheng)Fe3+循(xun)環法。該系(xi)(xi)統(tong)包(bao)括(kuo)一個(ge)傳統(tong)的(de)Fenton反(fan)應(ying)器(qi)(qi)和(he)一個(ge)將(jiang)Fe3+轉(zhuan)化(hua)為Fe2+的(de)電化(hua)學反(fan)應(ying)器(qi)(qi)。在Fenton反(fan)應(ying)器(qi)(qi)內Fe2+轉(zhuan)化(hua)為Fe3+,在電化(hua)學反(fan)應(ying)器(qi)(qi)內Fe3+被(bei)還原為Fe2+,然后重新進(jin)入(ru)Fenton反(fan)應(ying)器(qi)(qi)再次利用。該工藝可以實現(xian)鐵(tie)(tie)(tie)鹽(yan)的(de)循(xun)環使(shi)用,避免(mian)了(le)大(da)量(liang)含鐵(tie)(tie)(tie)污泥的(de)處置問題。另外,EF-Fenton法和(he)EF-Feox法同樣也(ye)可通(tong)過(guo)增加(jia)一個(ge)電化(hua)學反(fan)應(ying)器(qi)(qi)的(de)方式實現(xian)鐵(tie)(tie)(tie)離子的(de)循(xun)環。利用上述各種(zhong)電Fenton法處理含有顆粒(li)物或膠體(ti)物廢水(shui)時,由(you)于鐵(tie)(tie)(tie)鹽(yan)的(de)存在,水(shui)中(zhong)膠體(ti)脫穩(wen),且(qie)少量(liang)鐵(tie)(tie)(tie)鹽(yan)形成沉淀(dian)起到(dao)絮凝作用,造成部分(fen)膠體(ti)態(tai)有機(ji)(ji)物和(he)顆粒(li)態(tai)有機(ji)(ji)物被(bei)吸附(fu)或網(wang)捕。電解(jie)產生的(de)氣體(ti)(H2、Cl2、O2等)與吸附(fu)有機(ji)(ji)物的(de)沉淀(dian)結(jie)合(he),在浮力(li)作用下(xia),上升到(dao)液面,從而將(jiang)部分(fen)膠體(ti)態(tai)有機(ji)(ji)物和(he)顆粒(li)態(tai)有機(ji)(ji)物從水(shui)中(zhong)清除(chu)。

2、與其他高級氧(yang)化技術的(de)特點比較

濕式氧化(WAO)方法是在高溫(150～350℃)、高壓(0.5～20 M·Pa)下利用O2或空氣作為氧化劑,氧化水中呈溶解態或懸浮態的有機物或還原態的無機物,達到去除污染物的目的。超臨界水氧化技術具有反應速度快、氧化效率高的特點,但是超臨界技術的發展還不夠完善,對反應條件和設備的要求也過高。與濕式氧化和超臨界氧化相比,電Fenton法可以在常溫常壓下進行,且有機物礦化度更高;光化學(催化)氧化就是氧化劑在光的輻射下產生氧化能力較強的自由基,通過這些強氧化性的自由基來氧化污染物的過程,根據氧化劑的不同光氧化可分為UV/H2O2、UV/O3、UV/H2O2/O3等系統。光化學(催化)氧化技術具有操作簡單、反應條件溫和的特點,但是也存在光能的利用率低以及催化劑價格昂貴的缺點;與普通Femon法比較,電Femon法雖然增加了能耗,但有機物氧化效率得到提高,且可節約試劑費用;與普通的電化學氧化相比,電Femon法由于鐵鹽的引入,使電導率提高,因此不但有機物降解效率大幅度提高,且更節省電耗。隨著高性能電催化材料和電化學反應器的不斷發展,工藝研究的日臻完善,電Femon法用于有機物降解有著良好的前景。
 

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