芬顿填料与芬顿催化剂：原理、特点及废水处理应用

芬顿填料，也称为芬顿催化剂填料或芬顿催化氧化填料，其体系由亚铁离子与过氧化氢构成，主要应用于芬顿氧化法处理废水的反应器中。通过特殊方法将芬顿反应所需的铁氧化物附着于载体表面，形成有效的芬顿催化剂，能够显著降低药剂投加量及化学污泥产生量。

产品介绍

针对传统芬顿技术适用pH范围窄、产泥量大等问题，专门研制的芬顿催化剂以多孔复合材料为载体，以多种贵金属、稀土金属氧化物和过渡金属氧化物为催化组分，经过载体掺杂、挤压成型、混合浸渍、高温焙烧等工序精制而成。该催化剂可提高羟基自由基的产生量，避免铁泥产生，减少二次污染，具有催化活性高、使用寿命长等特点。同时，产品机械强度高，通过高效方法烧结制备，保证了活性组分的高利用率，并可实现大规模工业化生产。

芬顿催化剂的特点

• 采用多孔复合材料作为催化剂载体，机械强度大，并掺杂多种不易流失的催化组分，提高催化活性和稳定性。高温烧结技术在保证活性组分高利用率和高附着度的同时，有效减少催化填料流失率，防止二次污染，延长使用寿命。
• 通过大量试验和工程应用筛选催化填料的载体及活性组分，保证类芬顿反应催化剂效应持续。
• 通过筛选合适的载体和催化组分，提高催化剂的催化活性及对反应废水pH的适应性，一定程度上拓宽了反应的pH范围。
• 替代了传统芬顿中亚铁离子的添加，避免了大量铁泥的产生，防止二次污染，大大改善了传统芬顿存在的不足。
• 多金属反应中心催化体系代替传统的单一活性位铁矿石芬顿催化剂。多反应中心催化体系突破了经典芬顿反应概念，从电子分布极化理论出发，构建出具有电子高密度中心和低密度中心的结构，有效实现金属催化组分的良性循环利用，解决传统芬顿反应在实际水处理中的技术瓶颈问题。
• 新型芬顿催化剂通过控制烧成方式和烧结温度，有效解决催化组分的流失问题。通过多金属的协同作用，将催化组分固定在载体表面，避免催化组分在水中被冲刷脱落。
• 芬顿催化剂可以实现中性条件处理，并对有机污染物有50%以上的降解率。

芬顿催化剂反应原理

Fenton试剂的实质是二价铁离子(Fe2+)和过氧化氢之间的链反应催化生成羟基自由基(·OH)，具有较强的氧化能力，其氧化电位仅次于氟，高达2.80V。羟基自由基具有很高的电负性或亲电性，电子亲和能力达569.3kJ，具有很强的加成反应特性，因而Fenton试剂可无选择氧化水中的大多数有机物，特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以凑效的有机废水的氧化处理。

芬顿催化剂的机理是有机物和双氧水由溶液主体扩散到催化剂表面的活性位点附近并发生吸附，随后在催化剂的催化组分作用下，过氧化氢分解产生·OH，从而引发自由基链式反应将有机物氧化降解，最后降解产物从催化剂表面脱附，扩散至溶液主体中。

芬顿催化剂的反应过程

芬顿催化剂能生成强氧化性的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。芬顿反应是以亚铁离子为催化剂的一系列自由基反应，主要反应大致如下：

• Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- + ·OH
• Fe3+ + H2O2 + OH- → Fe2+ + H2O + ·HO2
• Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + H+ + HO2·
• HO2· + H2O2 → H2O + O2↑ + ·OH

芬顿催化剂填料通过以上反应，不断产生·OH，使得整个体系具有强氧化性，可以氧化氯苯、氯化苄、油脂等难以被一般氧化剂(如氯气、次氯酸钠、二氧化氯、臭氧，臭氧的电极电势只有2.23V)氧化的物质。

芬顿催化剂在水处理领域的应用方式

芬顿催化剂具有催化氧化效果好、使用方便等特点。芬顿催化剂通过H2O2和Fe2+作用产生·OH，使其具有极强的氧化能力，在废水处理领域的应用方式可大致分类如下：

1. 单独使用：主要对低浓度有机物废水以及难降解持久性污染物的处理，如应用于低浓度有机废水的达标排放以及印染废水的脱色降解等方面。
2. 作为前处理工艺和其他处理方式联用：作用有降低废水的毒性、提高废水的可生化性或者对水中的污染物进行部分降解以减少后续工艺的运行负荷，与其联用的工艺有生物工艺、混凝、气浮等。
3. 用于深度处理：如对垃圾渗滤液的后续深度处理。

芬顿氧化工艺的优势特点

1. 氧化能力强：芬顿催化剂产生大量非常活泼的羟基自由基·OH，氧化无选择性，对有机物去除能力强。
2. 无二次污染产生：·OH无选择地直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害物，不会产生二次污染。
3. 反应速度快：由于它是一种物理—化学处理过程，很容易加以控制，以满足处理需要，甚至可以降解10^-9级的污染物，反应速度快，能在很短时间内达到处理的要求。
4. 可操作性强：既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配，如作为生化处理的前预处理，可降低处理成本。

芬顿+微电解工艺

微电解与Fenton联用工艺，相对于微电解，更能够有效地去除成分复杂的废水，特别是对CODCr、脱色、可生化性有着更为明显的优势。相比对于Fenton试剂投加Fe2+，不仅节约药剂成本，并且达到了以废治废的目的。

微电解-Fenton联用工艺是处理/预处理高浓度废水理想的工艺，该工艺适用于高盐、高浓度、难降解、高色度、气味大、高毒性废水的处理。