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1芬顿概述
“芬顿试剂”最早由法国科学家芬顿在酒石酸的分解反应中发现，它是指在酸性条件下Fe2+与H2O2组合的体系。1964年加拿大的Eisenhauer首次在工业废水处理中加入芬顿试剂处理苯酚及烷基苯废水，之后很多学者都将芬顿试剂应用到有机物的降解中。例如，王中旭等以修饰后石墨/聚四氟乙烯为阴极，采用电芬顿反应降解纤维素。由于设备简单、操作简便、反应快速、高效等优点，芬顿氧化技术在有机污染物的水处理领域引起了国内外科学家的极大关注。
2芬顿反应的特点
芬顿反应通过Fe2+与H2O2反应产生强氧化性的羟基自由基(•OH)达到降解有机污染物的目的。反应机理如下:对比于其他氧化剂，•OH具有更高的氧化电位，氧化电位为2.80V，•OH与其它氧化剂的电极电位比较。氟的氧化电位最高，为3.06V，•OH的氧化性仅次于氟，因此具有更强的氧化能力。
3均相芬顿氧化技术的机理及应用
3．1超声芬顿氧化技术
超声辐射产生的空化效应在瞬间能释放高能量，利用这一原理，将超声辐射与芬顿氧化技术结合，使H2O2分子裂解形成具有活性的•OH基团，超声与Fenton试剂联用的体系被称为超声－Fenton氧化技术。超声－Fenton氧化技术的优点是:超声辐射能使H2O2分子裂解产生•OH，这样就能增加反应体系的活性基团，加速有机物的降解。Voncina等利用超声辅助的芬顿氧化技术降解6种活性染料(活性黄15、活性红22、活性蓝28等)，研究结果表明芬顿体系中超声波的引入可以提高芬顿反应的效果。陈颖等采用准好氧矿化垃圾反应床+超声/芬顿联用技术对垃圾渗滤液进行预处理。在超声－Fen-ton最佳工艺条件下，COD、总磷和色度的最高去除率可达90%以上，且出水无臭。Zhang等研究了芬顿氧化技术对活性黑8(RB8)的氧化脱色和矿化的影响，研究表明利用超声波为辅助芬顿氧化技术能提高COD的去除率，但是对RB8的脱色影响不明显。超声－Fenton氧化技术由于超声的制备工艺及成本昂贵等问题，限制了该技术的推广程度和使用范围。
3．2微波芬顿氧化技术
在Fenton体系中引入微波的联用技术称为微波－Fenton氧化技术。微波诱导的芬顿氧化技术是近年发展起来的新型氧化技术。微波－Fenton氧化技术的优点是:微波能使带有磁性的污染物产生“热点”，这样能降低化学反应的活化能，缩短反应时间，加速有机污染物的降解。Homem等将微波一芬顿氧化技术应用到阿莫西林的降解中速率。Yang等将微波辐射与芬顿氧化技术相结合用于处理高浓度制药废水。结果表明，在微波功率为300W的最佳反应条件下，COD的去除率可达57.53%。但是与普通芬顿法相比，微波－Fenton氧化技术的缺点是处理费用较高。
3．3光芬顿氧化技术
在芬顿反应中，Fe2+和Fe3+都能与H2O2反应产生•OH，从而实现Fe2+和Fe3+的循环，但是Fe3+与H2O2的反应是这一循环反应的限速步骤。为了提高芬顿氧化的效率，研究者们将紫外或可见光与Fenton联用以提高芬顿体系的催化活性，这种紫外或可见光照射下的Fenton试剂体系被称为光－Fen-ton氧化技术。光－Fenton氧化技术的优点是:首先，Fe3+与•OH产生的(Fe(OH)2+)在光照射下可直接产生•OH和Fe2+，加速了Fe3+和Fe2+之间的循环。其次，光照射H2O2可直接产生•OH，提高了H2O2的有效利用率。再次，紫外光的直接照射可打破有机物现有分子结构而被直接降解或氧化，增加了有机物降解的途径。刘晓霞等采用UV－Fenton体系处理黑色KNB染料废水。研究表明，在酸性条件下，当KNB的初始浓度为50mg/L，H2O2为0.2ml/L，FeSO4为0.7mmol/L时，采用紫外光照射，反应1小时后染料废水脱色率几乎可达100%。Elmor-si等在酸性红73(MR73)的降解研究中，将紫外光引入Fe2+和H2O2体系中，可以有效提高芬顿体系的反应速率，UV－Fenton能促进目标物的降解和矿化。王继全等采用可见光与Fe2O3复合催化剂催化降解有机污染物，在可见光(λ≥420nm)的照射下，催化剂对RhB和MB都有着很好的催化降解效果。由于紫外光是可见光中的一小部分，其获得成本较高限制了紫外－Fenton氧化技术的推广应用。
3．4电芬顿氧化技术
电－Fenton氧化技术就是在电解槽中通过电化学反应生成Fe2+与H2O2作为芬顿试剂，当废水流入电解槽时，通过生成的H2O2与溶液中的Fe2+催化剂两者产生•OH来实现降解有机污染物的目的。电－Fenton氧化技术的优点是:首先，电－Fenton在原位生产H2O2，可以有效避免试剂在运输、储存过程中的风险。其次，电－Fenton可以利用O2产生H2O2，H2O2的产生可以由电化学作用调控，这样能有效提高H2O2的利用效率。再次，电－Fenton降解有机污染物除了•OH的氧化作用外，还有阳极氧化、电吸附的贡献。最后，电－Fenton降解有机污染物污泥产量少，可有效降低二次污染的风险。王盛将电－Fenton体系引入2－乙基葸醌改性气体扩散电极中处理含苯酚废水。通过电－Fenton体系的协同作用产生无选择性氧化剂•OH来，氧化降解废水中苯酚。当铁片作阳极，催化剂2－乙基葸醌大于20%时，降解60min后，苯酚降解率都保持在80%。宋燕为了解决水中个人护理品难以处理的问题，以石墨烯气体扩散电极为阴极，构建了均相电芬顿氧化体系，并应用于含三氯生模拟废水的氧化降解，结果表明，对于初始浓度为45mg/L的三氯生，强酸性条件下外加Fe2+，电芬顿氧化的处理180min，三氯生废水的降解率为73.9%。电－Fenton氧化技术利用了电化学反应和芬顿氧化能力，它与光－Fenton相比降解有机物的机制较完善，且降解途径增加，但是该项技术要求电极应有较高电位用于析氢，同时还需要具备氧还原电子的催化活性，对电极在废水中的稳定性和抗腐蚀性有很高要求，往往需要提高处理成本来获得高效的处理效果。
4结语
均相芬顿氧化技术的缺点是反应的介质环境为强酸性。一般反应pH在2～4之间，且调节pH需要外加酸，一定程度上增加了成本。一般需要外加反应所需的铁离子，且不同的反应类型对应的铁投加量有很大差异。上述缺点成为了芬顿技术进一步发展的瓶颈，未来芬顿氧化技术的发展趋向于解决催化剂与反应介质分离的问题。
作者：崔丰元 单位：鹤岗市环境保护局