非均相Fenton反應的研究進展

滕　潔

（南京大學金陵學院化學與生命科學學院江蘇南京210089）

非均相Fenton反應的研究進展

滕潔

（南京大學金陵學院化學與生命科學學院江蘇南京210089）

Fenton試劑氧化法在實際應用中會產生大量含鐵污泥，導致二次污染，且對pH值要求嚴格。而非均相Fenton反應能克服上述不足，使反應在較寬pH值范圍內進行，且有利于催化劑的回收利用。文章總結了常見的非均相Fenton反應催化劑載體，包括有機載體、無機載體、鐵氧化物和其它金屬載體等，并展望非均相Fenton反應的發展趨勢。

Fenton氧化法；非均相；催化劑載體

1　 Fenton試劑

高級氧化工藝（AOPs）因為它的操作簡單和對難降解的污染物去除效果高被廣泛用于處理生物難降解工業廢水的預處理。芬頓的試劑是由芬頓在1894發現的，是一種高級氧化工藝（AOPs），被廣泛認為能有效處理難降解的有機污染物。標準的均相Fenton體系由H2O2和二價鐵離子組成，其作用機理是在pH值酸性條件下，H2O2會在Fe2+的催化條件下生成強氧化劑羥基自由基(·OH)，可以有效地分解有機化合物。傳統均相Fenton反應的機理見公式（1-8），在這些反應中，難降解或有毒的有機化合物可以被氧化成可生物降解的小分子或二氧化碳和水。

標準Fenton試劑的·OH產生機理為:

均相Fenton氧化法存在一些不足，主要是催化劑的利用率太低，回收困難；此外還存在高濃度雙氧水的運送和處理的制約因素，所以該系統的實際操作成本較高，而且傳統Fenton反應通常在酸性條件下反應，容易腐蝕容器，并且隨著反應的進行會產生大量的污泥。

2　非均相Fenton反應

為了克服均相Fenton反應的不足，提高催化劑重復利用效率，減少反應過程中產生的鐵泥量，將鐵離子固定在載體上，使固相催化劑與H2O2組成非均相體系，用于處理難降解或有毒有機污染物。由于非均相Fenton體系不僅能夠在更寬的pH值范圍內進行氧化反應，而且固相催化劑更容易于分離出來，催化劑的利用率得到了提高，并且避免了傳統Fenton反應過程中產生大量鐵泥難以處理的缺點，因此非均相Fenton體系成為最近幾年的研究熱點。非均相Fenton體系目前常用的載體有、分子篩、粘土、離子交換樹脂等等。

3　非均相Fenton反應催化劑

3.1有機載體

3.1.1離子交換膜

Nafion膜是由全氟磺酸陰離子聚合物構成的陽離子交換膜，具有良好的化學穩定性、機械強度和離子傳輸能力，對某些疏水性的陽離子有較好的選擇性。

黃麗珠等在Nafion膜中嵌入Fe2+，催化降解亞甲基藍，并對各影響因素進行了單因素實驗分析，結果表明，其催化氧化效果好，并且表觀降解速率符合一級反應動力學方程，催化劑可回收重復使用。

3.1.2離子交換樹脂

離子交換樹脂也可用作催化劑載體，采用操作簡單的浸漬法在離子交換樹脂上負載Fe2+，成本較低，耐酸性能好，制得的催化劑催化活性較高。

楊春偉等以大孔型陽離子交換樹脂為催化劑骨架，采用浸漬法負載Fe2+，得到非均相Fenton反應催化劑，制備方法簡單易行，對亞甲基藍溶液脫色率可達92.9%，催化劑重復利用5次后，仍有良好的催化效果。

3.2無機載體

3.2.1氧化鋁/分子篩

Al2O3它具有比表面積大、吸附性能好等優點，因此廣泛使用。陳霖錚等采用活性氧化鋁為載體負載Fe3+制備非均相催化劑處理紙機網下濃白水，對過氧化氫投加量、催化劑浸漬濃度、pH、催化劑投加量以及反應溫度等因素進行單因素分析實驗，結果表明廢水的COD有明顯的下降，降低了56.23%。

分子篩因為具有良好的離子交換性能和吸附性能，因此也常被用作非均相催化劑載體。溫志忠等以Y分子篩催化劑載體,在紫外光照射下,進行非均相UV-Fenton光協同催化氧化降解氯酚鈉的研究。采用浸漬法制備了Fe(II)-Y分子篩，通過實驗發現Fe(II)-Y分子篩在光催化降解試驗中表現出良好的催化活性。

3.2.2黏土

黏土是一種粒徑很小的微孔材料，因其顆粒帶有負電荷、具有與其他陽離子交換的能力，其物理吸附性和表面化學活性很好。它是一種天然礦物，在自然界分布很廣，價格低廉，具有由硅酸鹽結構單元和氧化鋁或氫氧化鋁結構單元組合而成的層狀結構。

黃錦鈮等采用十六烷基三甲基鉸鹽改性的膨潤土負載納米鐵作為非均相Fenton反應催化劑去除水中2,4-二氯酚，結果表明該催化劑對2,4-二氯酚有良好的去除效果，去除效率達到93.4%。

3.2.3硅石/活性炭

硅石纖維和活性炭具有比表面積高、性質穩定、可再生、安全等優點，是良好的催化劑載體。鄔杰等以活性炭為載體，采用沉淀法制備活性炭負載Fe/Ni，并采用電Fenton法對印染廢水進行催化氧化處理，實驗結果發現最佳Fe/Ni比為4:1，焙燒溫度為300℃，焙燒時間為4h，對印染廢水COD去除率可達91.2%。

3.3鐵氧化物

鐵氧化物廣泛分布在自然界，作為非均相Fenton體系的催化劑，便于回收利用，且能夠在較為廣泛的pH范圍內使用等優點，因此廣泛得到了廣泛的研究。竇曉文等利用針鐵礦作為非均相Fenton催化劑降解廢水中的橙黃G，實驗結果表明當pH值為3，針鐵礦濃度為1g/L，H2O2濃度為0.03mol/L，反應時間3h去除效果最好，50mg/L的橙黃G的去除率能夠達到99.6%。張鈺等利用赤鐵礦光助非均相Fenton降解羅丹明B，當催化劑用量為0.6 g/ L,pH值為3，H2O2濃度為0.0015Mm，反應3h可完全脫色，且溶鐵對催化體系的貢獻較小。

4　展望

非均相Fenton催化劑易于從反應體系中分離回收重復利用，節約了成本，簡化了操作步驟，并且擴展了反應體系的pH范圍，因此是非常有前景的研究對象。然而非均相催化劑仍然存在一些不足，在以下幾個方面仍有進一步深入研究和探討的空間:（1）減少體系鐵離子的溶出避免二次污染；（2）對于催化劑的活性需進一步提高，尋找成本更低催化效果更好的催化劑仍是研究重點；（3）由于催化劑多為粉末狀，難以回收利用，因此尋找更容易的回收方法也很重要；（4）非均相體系的反應機理非常復雜，因此著重研究其機理應成為今后的主要方向。

[1]孫根行,劉梅.非均相Fenton反應處理染料廢水.印染,2008(15): 44-46+51.

[2]黃麗珠,等.Nafion膜中嵌入Fe2+光催化降解亞甲基藍的研究.環境科學與技術,2006(01):12-13+56+115.

[3]黃錦鈮,等.有機膨潤土負載納米鐵類Fenton法去除水中2,4-二氯酚.福建師范大學學報:自然科學版,2015(03):59-64.

[4]鄔杰,等.活性炭負載Fe/Ni電Fenton法催化氧化印染廢水.環境科學與技術,2015(S2):322-326.