杨琨鹏论文修改-最终版 - 图文

哈尔滨理工大学学士学位论文

目 录

摘要 ...................................................................................................................... I Atract ................................................................................................................... II

第1章 绪论 ........................................................................................................ 1 1.1 我国水资源以及水污染现状 ................................................................... 1 1.2 Fenton反应与类-Fenton反应 .................................................................. 1 1.2.1 Fenton反应的特点 ............................................................................. 1 1.2.2 Fenton反应机理 ................................................................................. 2 1.2.3 Fenton反应类别 ................................................................................. 2 1.2.4 Fenton反应存在的问题 ..................................................................... 3 1.2.5 类-Fenton反应 .................................................................................. 4 1.3 课题研究的意义和主要内容以及技术路线 ........................................... 4 1.3.1 课题的研究意义 ................................................................................ 4 1.3.2 课题研究的主要内容 ........................................................................ 5 1.3.3 技术路线 ............................................................................................ 5 第2章 实验方法 ................................................................................................ 5 2.1 实验仪器和药品 ....................................................................................... 6 2.1.1 实验仪器 ............................................................................................ 6 2.1.2 实验药品 ............................................................................................ 6 2.1.3 实验所需溶液制备 ............................................................................ 7 2.2 实验方法 ................................................................................................... 7 2.3 分析方法 ................................................................................................... 8 2.3.1 甲基橙浓度测定 ................................................................................ 8 2.3.2 H2O2浓度测定 .................................................................................... 8 2.4 本章小结 ................................................................................................... 9 第3章 Fe(II)催化H2O2氧化降解甲基橙 ...................................................... 10 3.1 Fe(II)催化H2O2氧化降解甲基橙的效能研究 ...... 错误！未定义书签。 3.1.1 pH对Fe(II)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响 ............................. 10 3.1.2 H2O2的浓度的影响 .......................................................................... 11 3.1.3 Fe(II)浓度的影响 .............................................................................. 11 3.1.4 阴离子对Fe(II)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响 ..................... 12 3.1.5 抑制剂对Fe(II)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响 ..................... 16 3.2 本章小结 ................................................................................................. 17 第4章 Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙 ..................................................... 19

- V -

哈尔滨理工大学学士学位论文

4.1 Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的效能研究 ..... 错误！未定义书签。 4.1.1 pH值对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响 ....................... 19 4.1.2 Fe(III)浓度对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响 .............. 20 4.1.3 H2O2浓度对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响 ................ 21 4.1.4 无机阴离子对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响 ............ 21 4.1.5 抑制剂对Fe(III)催化H2O2氧化降解甲基橙的影响 .................... 25 4.2 本章小结 ................................................................................................. 26 结论 .................................................................................................................... 28 致谢 .................................................................................................................... 29 参考文献 ............................................................................................................ 30 附录A ................................................................................................................ 31 附录B ................................................................................................................ 37

- VI -

哈尔滨理工大学学士学位论文

第1章 绪论

1.1 我国水资源以及水污染现状

我国水资源匮乏的现象是一个不容小视的问题。全球水资源缺乏的国家其中之一就是中国，仅仅占有6%的全球水资源。据统计，由于我国大多数的城市发展飞快，不顾及生活环境，随意排放不经处理的有机废水，已经很严重的污染了我国的地下水，而且水污染也很明显的迅速扩大。日趋严重的水污染严重地影响了我国正在实施的可持续发展战略，还会对城市居民的生活安全有巨大威胁。现代工业，农业的迅速发展以及现代高科技的使用，更是严重的污染了我们生活非常需要的水资源。

其中水体中污染主要是工业污染，农业污染，水输送过程中的污染，以及自然污染。其中农业污染，主要就是农业生产中所用的农药化肥，激素等中的金属离子，有毒物质以及有机物等；工业上的污染物主要是工厂生产中所排放的有机废水；而输送过程中也会受到管道中的污染；自然污染就是生物的排泄物以及生活垃圾所造成的污染。

1.2 Fenton反应与类-Fenton反应

1.2.1 Fenton反应的特点

1894年，法国人HJHFenton发现用Fe(II)和H2O2的体系能氧化大多数有机物。Fenton法就是Fe(II)和H2O2的组合，这种方法能够非常有效地氧化降解传统废水处理技术较难去除的难降解有机物[1]。其反应实质是Fe(II)催化H2O2作生成具有高反应活性和强氧化性的羟基自由基(·OH)，羟基自由基能与有机物作用，使其分解成小分子。随着更加深入的研究，又在Fenton试剂中加入紫外光、草酸盐等，使其氧化能力有巨大增强。从广义上说，Fenton试剂法就是通过Fe(II)催化H2O2生成强氧化性的羟基自由基降解有机物的高级氧化处理技术[2]。从近些年发展的历程中，Fenton法基本上是沿着光化学作用和电化学作用等方向向前发展的。

在染料污染的废水处理实验研究中，Fenton试剂法即能独自地使用，可以降解染料污染废水中难降解的有机污染物，除此之外也能与紫外光，超声波和微波等的方法相结合。两者结合后有更加有效的处理效果。同时，传统Fenton反应即可以作为预处理手段降解难降解有机污染物，将难降解有机污染物分解转化为易降解物质，提高了染料污染废水的可生化性能。

- 1 -

哈尔滨理工大学学士学位论文

1.2.2 Fenton反应机理 Fenton反应是通过Fe(II)和双氧水反应生成具有强氧化性的羟基自由基氧化有机物的反应，其主要的反应机理为：

Fe2??H2O2???Fe3???OH?OH? (1-1)

Fenton反应中Fe(II)能够催化H2O2产生羟基自由基，而溶液中羟基自由基的反应是经过一系列复杂的链式反应得出的[3]。 链式反应开始：

Fe?H2O2?????Fe3???OH?OH? (1-2)

链的传递：

?3.2?10MsFe2???OH?k??????Fe3??OH? (1-3)

k?3.3?107M?1s?1H2O2??OH???????HO2??H2O (1-4)

8?1?12?k?76M?1s?1?0.01Ms Fe3??H2O2?k?????Fe2??HO2??H?

2??k?1.2?106M?1s?15?1?1?1?1 (1-5) (1-7)

Fe?HO2??H???????Fe3??H2O2 (1-6)

?3.1?10Ms Fe3??HO2??k??????Fe2??O2?H?

5?1?1?1.58?10Ms HO2??k???????O2?H? (1-8)

?10~10Ms RH??OH?k??????R??H2O (1-9)

链的中止：

?5.2?10Ms ?OH??OH?k??????H2O2 (1-10)

9?1?1?710?1?1?8.3?10Ms HO2??HO2??k??????H2O2?O2 (1-11) ?7?10Ms Fe3??O2??k?????Fe2??O2 (1-12)

?1.0?10Ms Fe2??O2??2H??k??????Fe3??H2O2 (1-13)

在反应中形成的Fe2+可能会对H2O2的分解产生催化作用，使H2O2分解成水和氧气，与此同时Fe2+和羟基自由基也能够发生反应。其中式(1-5)就是类-Fenton法(H2O2与Fe3+的反应)的反应原理。

?7?1?15?1?1?7?1?11.2.3 Fenton反应类别

1.2.3.1 传统Fenton法

Fe(II)的催化H2O2分解生成强氧化性的羟基自由基，其氧化电位达到2.8V。除元素氟外，羟基自由基是最强的无机氧化剂，通过电子转移将有机污染物氧化分解成易降解物质。还能通过Fe(II)被羟基自由基氧化成Fe(III)的过程中产生的混凝沉淀作用去除大量有机污染物。由此可见，Fenton试剂在水污染处理中还具有氧化和混凝等作用。Fenton试剂法在水污染处理技术中设备简单，能耗低，可在黑暗中降解有机物，但也有很明

- 2 -