电芬顿降解污染物研究进展

电芬顿降解污染物研究进展

陈斌

江西科技师范大学330038

摘要：水对生命至关重要，随着现代工业技术的发展，大量工业废水进入水体。工业废水中存在着大量有毒，有害，难降解有机污染物，这些污染物将给人类生存环境及人体健康造成极大危害。对其进行有效降解，长期以来一直是研究的热点。电芬顿（Electro-Fenton）技术具有简单方便，高效环保等优点，可以广泛应用于污水处理领域。

关键词：有机污染物；电芬顿；降解

1引言

水是人类生存和发展不可或缺的资源，但随着社会工业化进程的加快，经济社会得到快速发展的同时，工业废水的排放量也不断加大，导致水污染日益加重。工业废水中含有大量有毒、有害、难降解的有机污染物，如酚类、多氯联苯、芳香胺类、石油类污染物等[1]。研发高效低成本的有机废水处理技术是当前的热门话题，也是实现可持续发展目标的社会需要。

多年来，国内外学者为此已发展出物理吸附，膜分离法，及高级氧化法等多种方法解决这一难题。但是，多数方案仍存在局限性。芬顿法是高级氧化法（AOPs）之一，通过离子催化过氧化氢产生羟基自由基，羟基自由基反应并氧化污染物，由于该试剂无毒性，对环境安全无害，已被报道为降解大量有害和有机污染物的有效技术[2]。传统的芬顿法存在操作成本较高，耗时较长，Fe2+难以回收等问题。电芬顿（E-Fenton）技术是克服这些问题的一个很好的选择，在外部电场的帮助下，与污染物的氧化还原反应速度得到显著提高。

2电芬顿研究进展

2.1 电芬顿技术原理

在酸性介质中，在电场的作用下，O2在阴极失去电子被还原为H2O2，然后H2O2与溶液中的Fe2+或者是由铁阳极氧化产生的Fe2+构成Fenton试剂，生成羟基自由基（∙OH）和Fe3+。由于羟基自由基具有强氧化性，所以可对有机物进行氧化降解，Fe3+又继续在阴极还原为Fe2+，以此构成一个循环过程，如式（1.1-1.4）所示。

Fe-2e-→Fe2+（1.1）

O2+2H++2e-→H2O2（1.2）

Fe2++H2O2→[Fe(OH)2]2+→Fe3++∙OH+OH-  （1.3）

Fe3++e-→Fe2+                                （1.4）

2.2电芬顿技术分类

(1)阴极电芬顿法（E-Fenton-H2O2），是H2O2由反应过程中阴极曝气所产生，Fe2+由外部加入，然后在阴极上可连续获得的方法。该方法中的阴极材料在酸性溶液中可能会降低其电流效率，导致H2O2产量不高，影响废水降解效果。石申等以钛涂钌铱作为阳极，活性碳纤维作为阴极，探究不同因素对该电芬顿体系降解印染废水的影响[3]。

(2)牺牲阳极法（E-Fenton-FeOx）,是溶液中参与降解过程的Fe2+由铁片阳极氧化溶解产生，H2O2由外界加入的方法。该方法对废水的降解效果较好，但由于H2O2需从外界加入，造成较高的处理成本，限制工业处理废水的使用范围。Li等研究了用牺牲锌阳极电化学法去除含氰废水（CBW）中的氰化物[4]。

2.3国内外研究现状

E-Fenton法在各种有机废水的处理上展现了卓越的性能，Hsiao Y等首次采用了E-Fenton法处理含有氯苯和酚废水，双氧水和亚铁离子全部由石墨阴极产生[5]。结果显示，E-Fenton试剂法对氯苯和酚的氧化降解远远大于传统Fenton试剂法，且低pH条件有利于双氧水的产生。

张玮通过制备改性钛基二氧化铅电极，对其电催化氧化苯酚的应用进行研究[6]。结果表明：制备的具有β-PbO2活性涂层的改性电极，表面致密度高且形貌平整，机械强度和反应面积与之前相比皆大幅度增加，即使电极重复使用多次，其性能仍保持优良状态，表明改性电极拥有较高的稳定性和重复性。

3总结

电芬顿法与传统芬顿相比，有它独特的优势：不需或只需加入少量化学药剂，降低了处理成本；易于控制，处理过程清洁，由于二价铁可以再生，芬顿过程所需的亚铁试剂投入量降低，产泥量较少，设备相对简单。虽然电芬顿具有诸多优势，但在研究中尚有一些不足待解决。电芬顿体系与传统芬顿反应有相同的PH应用范围狭窄的问题；阴极产H2O2的电流效率和催化利用效率较低，导致羟基自由基产量较低，降低了有机污染物的降解效率。

参考文献

[1]Xl A, Kc A, Zhi G A, et al. Heterogeneous Fenton-like degradation of tetracyclines using porous magnetic chitosan microspheres as an efficient catalyst compared with two preparation methods[J]. Chemical Engineering Journal, 2020,379:122324-122324.

[2]Nh P V, Gh R. Trends in electro-Fenton process for water and wastewater treatment: An overview[J]. Desalination, 2012, 299(none).

[3]石申, 刘正伟, 奚吉, 等. 阴极电芬顿法电极材料的选择及处理印染废水的研究[J]. 兵器材料科学与工程, 2014, 37(01): 115-117.

[4]Mx Li, Bc Li, Js Chen, et al. Purifying cyanide-bearing wastewaters by electrochemical precipitate process using sacrificial Zn anode. 2022, 284(1): 120-250.

[5]Hsiao Y L, Nobe K. Oxidative reactions of phenol and chlorobenzene with in situ electrogenerated Fenton's reagent[J]. Chemical Engineering Communications, 1993, 126(1):97-110.

[6]张玮. 改性钛基二氧化铅电极的制备及其电催化氧化苯酚的应用研究[D]. 吉林大学, 2019.

作者简介：陈斌（出生年份—2000），性别 男，民族 汉族，籍贯 广东韶关，最高学历硕士研究生，单位 江西科技师范大学，职称无，研究方向材料。