富電子材料促進芬頓反應中Fe3+還原的研究進展

由于城市化和工業化的快速發展,人們的日常生活和工業生產不斷將有毒有害物質排放到水體中,造成了嚴重的環境污染,這個問題在發展中國家更加突出

。工業染料、藥物、農用化學品和個人護理用品等有毒有害污染物廣泛存在于各種水體中,且大部分都難以通過傳統的生物方法被降解,所以需要開發新的技術來處理這些難以生物降解的污染物

。高級氧化技術(AOPs)在反應過程中產生的高效活性氧類物質(ROS)可以將大多數有機污染物氧化為小分子化合物甚至徹底礦化,從而實現污染物的完全降解,具有巨大的應用潛力

。

芬頓(Fenton)反應因其高效、環保、經濟等優點是最常見的高級氧化技術之一

。1894年,法國科學家芬頓發現Fe

可以激活H

O

使酒石酸顯著降解,從此芬頓及其相關反應受到極大關注

。在芬頓反應的機理研究過程中,1932年Haber和Weiss首次提出了被廣泛認可的自由基鏈式反應機理

,具體反應式如表1所示

。在傳統芬頓反應中,主要反應首先是Fe

催化H

O

分解產生羥基自由基(·OH),同時Fe

被氧化為Fe

;生成的Fe

可重新與H

O

反應被還原為Fe

,同時H

O

被氧化為超氧自由基(HO

·/O

·

);但是過量的H

O

也會與·OH反應生成HO

·/O

·

。與O

、O

等氧化劑相比,·OH具有較高的標準氧化電位(2.80 V),氧化能力極強,因此比以O

作為氧化劑的臭氧氧化法和以O

作為氧化劑的濕式氧化法、超臨界水氧化技術等高級氧化技術處理效果更好

。另外,與產生硫酸根自由基的高級氧化技術和產生氯自由基(Cl·)的紫外/氯高級氧化技術相比,雖然3種自由基都具有極強的氧化能力,但是涉及到實際廢水中有多種污染物時,·OH比硫酸根自由基表現出更好的通用性