非均相类芬顿反应的关键在于催化剂

非均相类芬顿反应的关键在于催化剂

芬顿反应最早由法国科学家Fenton于1893年提出，主要是依靠Fe²⁺催化H₂O₂分解产生·OH（E0=2.8eV）来氧化裂解有机物，在理想条件下，Fe2+则可通过自由基链式反应，实现价态循环。芬顿反应本身速率较快、易于操作、成本较低，并且H₂O₂本身具有环境友好性，但其操作条件有限。只有在强酸性条件下（pH<3），Fe²⁺才具备较强活性，一旦溶液的碱性增强，Fe²⁺极易沉淀最后转变为Fe（OH）₃，使得反应失活。故而芬顿反应所适用的pH值范围较窄。同时在反应过程中，也容易产生大量的铁泥，为后续的处理增加额外的成本。·OH的寿命较短，容易与H2O2进一步反应生成氧化力较低的·OOH，导致H2O2在反应过程中的利用率不高。这些缺陷均限制了均相芬顿反应在实际工业废水处理中的应用效能。

类芬顿过程在宏观上包括均相类芬顿反应和多相类芬顿反应，旨在替换Fe2+在芬顿反应中的角色，但最终目的均是希望通过适当的方式使H2O2的O—O键发生断裂生成·OH，从而使目标物质得以氧化分解。固相的类芬顿催化剂包含活性位点，可以在固液界面上催化双盐水释放氧活性物种。由于均相类芬顿反应存在物料无法回收再利用的特点，多相（非均相）类芬顿反应在工业中的应用更具前景。

  非均相芬顿催化剂评价因素主要有3点：催化活性、稳定性以及H2O2利用率。催化活性与催化剂的活性位点暴露数量（比表面积）和活性位点附近电子传输速率有关。催化剂的比表面积越大，活性位暴露越多，越有利于电子在界面上传输。而催化剂的稳定性取决于活性中心价态转化的速率与其他原子成键强弱，一般可以通过制备方式的改变来调节催化剂的稳定性。H2O2的利用率主要与催化剂的活性中心有关。相较于单反应中心（单一催化位点），一般而言，双反应活性中心（多催化位点）更有利于吸附双氧水并作用于O-O键的断裂分解，从而提高双氧水的利用率，更有利有机物的断裂降解。      

类芬顿反应中的氧化剂除了双氧水以外，还可以是过硫酸盐（PS）。过硫酸盐催化氧化是近几年兴起的一种新型芬顿氧化方式。PS具有氧化性强、易溶于水、性质稳定、不会造成环境二次污染、成本低等特点。由于·SO4-的氧化性（E0=3.1eV）强于·OH（E0=2.8eV），在达到相同的COD去除效率时，过硫酸盐的投加量要少于双氧水的投加量。然而，过硫酸盐的成本要远高于双氧水，因此迄今为止过硫酸盐氧化法仍没有大规模应用。     

酸性条件下更有利于芬顿反应的发生，芬顿反应的最佳pH值为3左右。对于类芬顿反应，由于活性位点被固化在界面上，活性相的稳定性以及寿命相对较高，因此在偏中性环境下（pH5~7），类芬顿反应也能高效发生。故而类芬顿反应的适用pH值范围为4~7。