电化学降解污染物（7）阴极还原

电芬顿反应

一、原理

利用阴极反应的另一种形式是电Fenton 反应,在酸性溶液中,电极上通以直流电,氧分子在阴极表面通过两电子还原反应产生H₂O₂,生成的H₂O₂迅速与溶液中存在的Fe²⁺反应产生?OH 和Fe³⁺，?OH可以无选择地氧化有机物,使其降解。由于Fe³⁺的还原电位较O₂的初始还原电位高,因此Fe³⁺可在还原O₂的过程中还原再生为Fe²⁺。典型的电Fenton 氧化有机物的机理模式如图2-4所示。

2.电芬顿的分类

Fenton反应大致包括以下几种反应,如图2-5所示,上述的阴极电 

Fenton 反应只是其中一种。

(1) EF-FeRe法。在该反应系统中,HzO:和Fe都由外部加入,但Fe+一旦加入后即可在阴极得以连续再生,无需再投加30。这种方法在一定程度上克服了传统Fenton法中铁离子无法再生、处理系统中会淤积大量含铁污泥的缺陷。

(2) EF-FeOx法。该反应在一个用盐桥分隔的双极室反应器中进行,阳极室中Fe²⁺通过牺牲阳极氧化溶解产生，H₂O₂经外部投加提供,溶液可以保持一个较低的pH，从而可以避免氢氧化铁沉淀的生成,阴极室中不含有机污染物的水溶液。

(3) EF-H2O2-FeRe法。属阴极电Fenton法。把氧气喷到电解池的阴极表面上,氧分子发生两电子还原反应生成H₂O₂,H₂O₂与加入的Fe发生Fenton 反应。该法不用投加H₂O₂,有机物降解彻底,不易产生有毒中间产物,H₂O₂和Fe²⁺同时都由阴极还原产生,但提供的条件主要有利于 H₂O₂的生成。这种自动生成H₂O₂的缺陷在于电流效率低,反应速率慢。

(4) EF-H2 O2-Fe0,(peroxi-coagulation)法。又称牺牲阳极法。H: Oz在阴极表面还原生成,Fe从铁阳极表面氧化生成,Fe与H:O2发生Fenton反应。在体系中导致有机物去除的因素除?OH氧化作用外,还有Fe(OH)₂、Fe(OH)₃的絮凝作用,即阳极溶解出的活性Fe²⁺ 、Fe³⁺可水解成对有机物有强络合吸附作用的Fe(OH)₂、Fe(OH)₃。这种方法对TOC去除主要是通过生成的Fe(OH)₃絮体产生的混凝沉淀作用,而OH的氧化作用体现不明显。

(5) UV-CF/EF法。在UV-CF(化学Fenton)/EF中,在紫外线(300~400nm波长)照射下可以同时促进 H₂O₂分解产生?OH 和Fe³⁺的循环再生,因而有机物去除效率大大提高。