非均相Fenton反应的研究进展

滕　洁

（南京大学金陵学院化学与生命科学学院江苏南京210089）

非均相Fenton反应的研究进展

滕洁

（南京大学金陵学院化学与生命科学学院江苏南京210089）

Fenton试剂氧化法在实际应用中会产生大量含铁污泥，导致二次污染，且对pH值要求严格。而非均相Fenton反应能克服上述不足，使反应在较宽pH值范围内进行，且有利于催化剂的回收利用。文章总结了常见的非均相Fenton反应催化剂载体，包括有机载体、无机载体、铁氧化物和其它金属载体等，并展望非均相Fenton反应的发展趋势。

Fenton氧化法；非均相；催化剂载体

1　 Fenton试剂

高级氧化工艺（AOPs）因为它的操作简单和对难降解的污染物去除效果高被广泛用于处理生物难降解工业废水的预处理。芬顿的试剂是由芬顿在1894发现的，是一种高级氧化工艺（AOPs），被广泛认为能有效处理难降解的有机污染物。标准的均相Fenton体系由H2O2和二价铁离子组成，其作用机理是在pH值酸性条件下，H2O2会在Fe2+的催化条件下生成强氧化剂羟基自由基(·OH)，可以有效地分解有机化合物。传统均相Fenton反应的机理见公式（1-8），在这些反应中，难降解或有毒的有机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。

标准Fenton试剂的·OH产生机理为:

均相Fenton氧化法存在一些不足，主要是催化剂的利用率太低，回收困难；此外还存在高浓度双氧水的运送和处理的制约因素，所以该系统的实际操作成本较高，而且传统Fenton反应通常在酸性条件下反应，容易腐蚀容器，并且随着反应的进行会产生大量的污泥。

2　非均相Fenton反应

为了克服均相Fenton反应的不足，提高催化剂重复利用效率，减少反应过程中产生的铁泥量，将铁离子固定在载体上，使固相催化剂与H2O2组成非均相体系，用于处理难降解或有毒有机污染物。由于非均相Fenton体系不仅能够在更宽的pH值范围内进行氧化反应，而且固相催化剂更容易于分离出来，催化剂的利用率得到了提高，并且避免了传统Fenton反应过程中产生大量铁泥难以处理的缺点，因此非均相Fenton体系成为最近几年的研究热点。非均相Fenton体系目前常用的载体有、分子筛、粘土、离子交换树脂等等。

3　非均相Fenton反应催化剂

3.1有机载体

3.1.1离子交换膜

Nafion膜是由全氟磺酸阴离子聚合物构成的阳离子交换膜，具有良好的化学稳定性、机械强度和离子传输能力，对某些疏水性的阳离子有较好的选择性。

黄丽珠等在Nafion膜中嵌入Fe2+，催化降解亚甲基蓝，并对各影响因素进行了单因素实验分析，结果表明，其催化氧化效果好，并且表观降解速率符合一级反应动力学方程，催化剂可回收重复使用。

3.1.2离子交换树脂

离子交换树脂也可用作催化剂载体，采用操作简单的浸渍法在离子交换树脂上负载Fe2+，成本较低，耐酸性能好，制得的催化剂催化活性较高。

杨春伟等以大孔型阳离子交换树脂为催化剂骨架，采用浸渍法负载Fe2+，得到非均相Fenton反应催化剂，制备方法简单易行，对亚甲基蓝溶液脱色率可达92.9%，催化剂重复利用5次后，仍有良好的催化效果。

3.2无机载体

3.2.1氧化铝/分子筛

Al2O3它具有比表面积大、吸附性能好等优点，因此广泛使用。陈霖铮等采用活性氧化铝为载体负载Fe3+制备非均相催化剂处理纸机网下浓白水，对过氧化氢投加量、催化剂浸渍浓度、pH、催化剂投加量以及反应温度等因素进行单因素分析实验，结果表明废水的COD有明显的下降，降低了56.23%。

分子筛因为具有良好的离子交换性能和吸附性能，因此也常被用作非均相催化剂载体。温志忠等以Y分子筛催化剂载体,在紫外光照射下,进行非均相UV-Fenton光协同催化氧化降解氯酚钠的研究。采用浸渍法制备了Fe(II)-Y分子筛，通过实验发现Fe(II)-Y分子筛在光催化降解试验中表现出良好的催化活性。

3.2.2黏土

黏土是一种粒径很小的微孔材料，因其颗粒带有负电荷、具有与其他阳离子交换的能力，其物理吸附性和表面化学活性很好。它是一种天然矿物，在自然界分布很广，价格低廉，具有由硅酸盐结构单元和氧化铝或氢氧化铝结构单元组合而成的层状结构。

黄锦铌等采用十六烷基三甲基铰盐改性的膨润土负载纳米铁作为非均相Fenton反应催化剂去除水中2,4-二氯酚，结果表明该催化剂对2,4-二氯酚有良好的去除效果，去除效率达到93.4%。

3.2.3硅石/活性炭

硅石纤维和活性炭具有比表面积高、性质稳定、可再生、安全等优点，是良好的催化剂载体。邬杰等以活性炭为载体，采用沉淀法制备活性炭负载Fe/Ni，并采用电Fenton法对印染废水进行催化氧化处理，实验结果发现最佳Fe/Ni比为4:1，焙烧温度为300℃，焙烧时间为4h，对印染废水COD去除率可达91.2%。

3.3铁氧化物

铁氧化物广泛分布在自然界，作为非均相Fenton体系的催化剂，便于回收利用，且能够在较为广泛的pH范围内使用等优点，因此广泛得到了广泛的研究。窦晓文等利用针铁矿作为非均相Fenton催化剂降解废水中的橙黄G，实验结果表明当pH值为3，针铁矿浓度为1g/L，H2O2浓度为0.03mol/L，反应时间3h去除效果最好，50mg/L的橙黄G的去除率能够达到99.6%。张钰等利用赤铁矿光助非均相Fenton降解罗丹明B，当催化剂用量为0.6 g/ L,pH值为3，H2O2浓度为0.0015Mm，反应3h可完全脱色，且溶铁对催化体系的贡献较小。

4　展望

非均相Fenton催化剂易于从反应体系中分离回收重复利用，节约了成本，简化了操作步骤，并且扩展了反应体系的pH范围，因此是非常有前景的研究对象。然而非均相催化剂仍然存在一些不足，在以下几个方面仍有进一步深入研究和探讨的空间:（1）减少体系铁离子的溶出避免二次污染；（2）对于催化剂的活性需进一步提高，寻找成本更低催化效果更好的催化剂仍是研究重点；（3）由于催化剂多为粉末状，难以回收利用，因此寻找更容易的回收方法也很重要；（4）非均相体系的反应机理非常复杂，因此着重研究其机理应成为今后的主要方向。

[1]孙根行,刘梅.非均相Fenton反应处理染料废水.印染,2008(15): 44-46+51.

[2]黄丽珠,等.Nafion膜中嵌入Fe2+光催化降解亚甲基蓝的研究.环境科学与技术,2006(01):12-13+56+115.

[3]黄锦铌,等.有机膨润土负载纳米铁类Fenton法去除水中2,4-二氯酚.福建师范大学学报:自然科学版,2015(03):59-64.

[4]邬杰,等.活性炭负载Fe/Ni电Fenton法催化氧化印染废水.环境科学与技术,2015(S2):322-326.