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芬顿反应器
 点击数:219次 添加时间:2019/6/18 [打印] [返回] [收藏]
|Fenton(中文译为芬顿)是为数不多的以人名命名的无机化学反应之一。1893,化学家Fenton HJ 发芬顿反应器

 

现,过氧化氢(H2O2) 与二价铁离子的混合溶液具有强氧化性,可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态,氧化效果十分显著。但此后半个多世纪中,这种氧化性试剂却因为氧化性极强没有被太多重视。但进入20 世纪70 年代,芬顿试剂在环境化学中找到了它的位置,具有去除难降解有机污染物的高能力的芬顿试剂,在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中体现了很广泛的应用。当芬顿发现芬顿试剂时,尚不清楚过氧化氢与二价铁离子反应到底生成了什么氧化剂具有如此强的氧化能力。二十多年后,有人假设可能反应中产生了羟基自由基,否则,氧化性不会有如此强。因此,以后人们采用了一个较广泛引用的化学反应方程式来描述芬顿试剂中发生的化学反应:

 

Fe2+ +H2O2Fe3+ + OH-+OH·①

 

从上式可以看出,1molH2O21molFe2+反应后生成1molFe3+,同时伴随生成1molOH-外加1mol的羟基自由基。正是羟基自由基的存在,使得芬顿试剂具有强的氧化能力。据计算在pH = 4 的溶液中,OH·自由基的氧化电势高达2. 73 V。在自然界中,氧化能力在溶液中仅次于氟气。因此,持久性有机物,特别是通常的试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物,在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。1975 ,美国著名环境化学家Walling C 系统研究了芬顿试剂中各类自由基的种类及Fe Fenton 试剂中扮演的角色,得出如下化学反应方程:

 

H2O2 +Fe3+  Fe2+ + O2 +2H+ 

 

O2 +Fe2+ Fe3+ + O2·③

 

可以看出,芬顿试剂中除了产生摩尔的OH·自由基外,还伴随着生成摩尔的过氧自由基O2·,但是过氧自由基的氧化电势只有1.3 V左右,所以,在芬顿试剂中起主要氧化作用的是OH·自由基。

 

发展

 

 2009年,芬顿试剂和反应还进入了安徽省的高考题(请见原题),以有机污染物浓度随时间的变化曲线表现芬顿反应的降解速率受溶液温度和pH影响的效果。开放性的命题形式和前沿的知识情境在考查化学反应速率的同时,更强调了实验探究思维、变量控制方法和科学视野拓展的需要。