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2024
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高級氧化技術—催化氧化（芬頓氧化）反應在高濃度廢水處理中的應用
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高級氧化技術是一種通過產生大量羥基自由基（·OH）來破壞有機物分子結構，實現高效氧化處理的方法。這些高活性自由基攻擊大分子有機物并與之反應，從而達到去除有機物的目的。
在AOPs中，Fenton法是一種常用的處理含有羥基有機化合物的廢水的方法，但其處理效果受到多種因素的影響。實驗結果表明，一元酚羥基對Fenton反應有促進作用，而一元醇羥基則有強烈的抑制作用。碳原子數相同但羥基數不同的化合物，隨羥基數量的增加，其對Fenton反應的影響逐漸減弱。飽和一元醇主鏈碳原子個數越多，對Fenton反應的抑制作用越明顯。此外，主鏈的不飽和度也對Fenton反應效果產生影響，脂肪族不飽和羥基化合物的處理效果較差，而對苯環類羥基化合物則有較好的氧化處理效果。
為了深入了解Fenton法的反應機理，研究者們進行了大量研究。當初Fenton發現芬頓試劑時，并不清楚其強氧化能力的來源。多年后，有人提出反應中可能產生了羥基自由基，這是一種具有強氧化能力和高電負性的氧化劑。在pH=4的溶液中，·OH的氧化電位高達2.73 V，其氧化能力僅次于氫氟酸。因此，芬頓試劑能夠無選擇地氧化降解大部分持久性有機物，特別是芳香類化合物和一些雜環類化合物。
關于Fenton試劑的反應機理，目前認為涉及無機物之間的反應，如Fe2+、Fe3+、H2O2、·OH、HO2·和O2-等。這些反應主要通過化學捕獲劑和先進的分析儀器進行研究。近年來，研究人員發現吡唑可以作為自由基的捕獲劑用于捕獲O2-自由基，而·OH自由基的競爭反應不影響對HO2·自由基的捕獲。這為進一步理解Fenton反應機理提供了重要依據。然而，關于鐵氧化后在反應中存在的形態等方面仍有很多問題需要深入研究。
此外，Fenton試劑與有機物及其中間產物之間的反應規律也是研究的熱點。近年來，人們致力于研究芬頓試劑對不同有機物的動力學，并建立了不同的動力學模型，以指導其工業化應用。例如，在研究芬頓試劑氧化氯酚的反應特征時，發現pH、H2O2和Fe2+對反應有重要影響。在pH=2-4時，有機物的降解速率非常快，且符合一級反應動力學模式。同時，中間有機產物對反應的影響也不容忽視，因此在動力學研究中需要考慮其影響。
總之，高級氧化技術特別是Fenton法在處理含有羥基有機化合物的廢水方面具有廣闊的應用前景。然而，為了進一步提高其處理效果和降低成本，仍需要深入研究其反應機理和影響因素。
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