类Fenton试剂氧化降解废水中有机污染物的研究进展

杨旭

摘 要：简要分析了光Fenton、电Fenton和光电Fenton在处理废水中有机污染物时的降解机理、特点和效果，阐述了国内外处理有机物的现状及研究出的新型催化剂，并介绍了类Fenton氧化技术处理有机污染物的发展方向，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：光Fenton；电Fenton；光电Fenton；催化剂

中图分类号：X131.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.014

近年来，由于Fenton法的氧化速率比较高，所以，受到了国内外相关部门的高度关注。该方法主要是利用其产生的羟基自由基（·OH）的强氧化性实现对有机物质的氧化分解，并且延伸出了光Fenton和电Fenton两大类Fenton试剂氧化法。

1 光Fenton

Photo-Fenton法主要是利用可见光和紫外线光照提高有机物的降解速率，在一定程度上降低Fe2+造成的二次污染。普通的Photo-Fenton法对光的利用率并不高，能耗较大且成本较高，如果在其中加入一些催化材料，则有利于提高光的利用率。常见的催化剂有零价金属类物质、半导体材料TiO2和矿物黏土类物质。

为了进一步扩大反应面积，减少反应时间和二次污染，使其在保持高降解率的同时还具有高回收率是十分必要的。目前，树脂、NaY分子筛和磁性材料等均已作为负载体被研究。此外，考虑到待处理的有机废水都需将pH值调至酸性后才能反应，所以，研究者在其中加入了具有光照响应的缓冲剂（草酸、柠檬酸、丙二酸）自动调节pH值，而且有机酸会在废水中和固体催化剂表面与Fe3+发生反应，形成有机酸铁络合物。它不仅能降低水中可溶态铁的含量，减少铁离子造成的二次污染，还可以生产高活性的·OH进一步氧化、分解有机物。此外，有机酸还能与溶解氧反应生成H2O2。

Liu SH等将制成的磁性复合氧化物石墨烯-铁酸镍（GO-NiFe2O4）作为降解染料的催化剂。试验结果表明，当染料MB、罗丹明B和MG的质量浓度为20 mg/L时，在其中加入1.0 g的GO-NiFe2O4和1.0 m mol/L的草酸，并在可见光照射下反应10 h后，它们的降解率均可达96%左右。催化剂重复利用8次后，MB的降解率依然可以达到90%以上。由此可见，在采用Photo-Fenton技术催化降解的研究中，不断涌现出了一些新型的催化材料。它们不仅能提高光的利用率，展现出高降解率，还能回收重复利用，节约材料成本。另外，在其中加入缓冲剂后还能自动调节废水的酸碱性，处理中性环境中的废水。

2 电Fenton

电Fenton法的实质是将用电化学法产生的Fe2+和H2O2作为Fenton试剂的持续来源，两者反应生成·OH 和 Fe3+。具有强氧化性和无选择性的·OH可以破坏有机物的分子结构，使之生成小分子中间体或者完全矿化生成CO2和H2O降解有机污染物。同时，Fe3+能在阴极被还原成Fe2+，使氧化反应循环进行。电Fenton法对各种有机废水的处理效果如表1所示。

目前，常见的电Fenton法分为阴极电芬顿法（EF-H2O2法）、牺牲阳极法（EF-FeOX法）、EF-H2O2-FeOX法和EF-Fere法。前两种方法的电流效率低、能耗大、成本高，而EF-H2O2-FeOX法则是前2种方法的结合，虽然它能降低运行成本，但是，降解速率也会降低。EF-Fere法的反应条件有一定的局限性，pH值必须小于2.5.鉴于其不足，研究者在其中加入了一种能提高电流效率的催化剂。

何文妍等分别采用均相EF-FeOX法、均相EF-Fere法和非均相电Fenton（Fe2（MoO4）3-kaolin-450）法降解甲基橙偶氮染料废水。结果表明，非均相电Fenton（Fe2（MoO4）3-kaolin-450）法的降解效果最好。

3 光电-Fenton

为了进一步提高降解速率，研究者在电Fenton法中引入了光催化降解技术，形成光电芬顿耦合技术。该技术结合了电化学氧化降解有机物因素多和光芬顿技术中光催化提高H2O2利用率的优点，实现了2种技术的优势互补，让它们协同作用，对废水中的污染物进行几乎无选择的降解。N·Djafarzadeh等采用光电-fenton法在可见光照下用碳纸作为阴极材料降解活性红195。试验结果表明，活性红195的初始质量浓度为20 mg/L，催化剂草酸钾的物质的量浓度为0.6 mmol/L，Fe3+的初始物质的量浓度为0.3 mmol/L时，反应120 min后，脱色率可达93%以上。同时，质量浓度为50 mg/L的活性红195反应9 h后，96.2%的有机物质被矿化。

4 展望

在利用类Fenton技术催化、降解废水有机污染物的研究中，已经出现了一些新型结构的材料。这些材料基本上就是提供催化活性的载体，其降解有机污染物的效果明显高于普通单独的催化剂，并且具有较高的回收利用率。光Fenton技术与电Fenton技术的联用也受到了相关部门的重视。但是，这些新型材料目前还处于研究阶段，应用性价比不高，所以，继续研究出廉价且高效的催化剂和载体以提高降解效率是其今后发展的方向。另外，光电Fenton在国内外也处于初步研究阶段，可以在进一步认清其反应机理和协同作用的基础上，研究一种可以同时提高光和电利用率的催化剂，最大限度地利用光和电。

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〔编辑：白洁〕