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1、毕业设计系别：环境工程与化学系专业：环境工程_Fenton试剂处理难降解的氯乙酸废水摘 要氯乙酸是一种非常重要的有机化工原料,目前国内外生产氯乙酸的主要方法是乙酸催化氯化法,该反应的转化率较低,且生产过程中氯乙酸废水的排放量较大,氯乙酸废水毒性强、化学性质稳定,难于生物降解.其中的一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸等对人体具有很高的致癌风险,废水严重污染环境,须经处理后才能排放.而含氯有机废水的处理至今仍无特别经济有效的方法,因此,拟通过本实验寻找有效地处理方法,为实际生产提供一定的借鉴意义.关键词：氯乙酸,废水,难降解Fentonacidreagentrefractorywastewatertre
2、atmentABSTRACTTCAis a veryimportant organicchemical raw materials,productionat home and abroadisthe main method ofaceticacidcatalyzedchlorination, thereaction conversionrate is low,and the productionprocess ofa large amount ofacidwaste water, chlorine acetic acideffluent toxicitystrong, chemically s
3、table, difficult biodegradable.Whereanacid, dichloroacetic acid, trichloroacetic acid and othercarcinogenicto humanswith a highrisk ofserious environmental pollutionwaste watermust be treatedbeforedischarge. Thechlorinatedorganic wastewater treatmentstill nospecialcost-effective method, therefore, t
4、o be adoptedin this experimentto find effectivewaysto deal with, the actualproduction ofa certain significance.Keywords:acid, waste water, biodegradable目录前言VI第1章 Fenton试剂作用的机理与其特点11.1 Fenton试剂作用的机理11.2Fenton试剂的特点2第2章Fenton法的分类与其与其它技术的联合使用52.1 Fenton法的分类52.1.1 普通Fenton法52.1.2 光Fenton 法52.1.3 电Fenton
5、法62.1.4超声-Fenton法72.1.5磁场-Fenton法82.1.6微电解法+Fenton 试剂法82.1.7拟 Fenton 氧化法92.1.8UV/Fenton 法10UV- vis/ H2O2/草酸铁络合物法102.2Fenton氧化与其它技术的联合使用12Fenton氧化-混凝法12Fenton氧化-吸附法12Fenton氧化-生物法13第3章 Fenton 法在处理难降解废水中的应用14第4章 实验154.1 实验试剂与其制备方法154.2可能对芬顿试剂处理氯乙酸废水产生影响的因素16芬顿试剂添加量164.2.2加热时间长短164.2.3 PH值大小16搅拌时间的长短16芬
6、顿试剂中硫酸亚铁与双氧水的比例164.3实验步骤：16空白试验164.3.2实验1：芬顿试剂添加量对氯乙酸废水的处理的影响164.3.3实验2：加热时间长短对芬顿试剂处理氯乙酸废水的影响174.3.4 实验3：pH值大小对芬顿试剂处理氯乙酸废水的影响184.3.5实验4：搅拌时间的长短对芬顿试剂处理氯乙酸废水的影响194.3.6实验5：芬顿试剂中硫酸亚铁与双氧水的比例对芬顿试剂处理氯乙酸废水的影响19第5章 实验数据的处理215.1 一氯乙酸废水中所含的氯215.1.1 实验1的数据处理215.1.2 实验2的数据处理215.1.3 实验3的数据处理225.1.4 实验4的数据处理225.1.
7、5实验5的数据处理23结论25谢 辞26参考文献27附录28外文资料翻译29前言近年来, 随着合成纤维、塑料、石油化工、印染、焦化等行业的迅速发展, 各种含有大量难生物降解的有机污染物的废水也大大增多, 它们进入水体会对环境造成极其严重的污染.从事光讲保护工作的人们正在寻求一种高效而且经济处理该类废水的方法,对于这些研究方面进行了各种尝试, 提出了许多种不同的处理方法.在诸多的处理方法当中, 对于那些有毒有害而且难以降解的有机废水的处理, 他们认为高级氧化技术是极具应用前景的一种技术.高级氧化技术有着相当繁多的种类, 主要包括光湿式氧化、光催化氧化、化学氧化、非均相催化氧化、均相催化氧化等,
8、Fenton 法是目前环境保护工作者研究的比较多的一种高级氧化技术, 它属于湿式氧化, 具有相当广阔的发展前景.Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合之后得到的一种强氧化剂, 芬顿试剂反应速度相当快,但是由于反应条件的不同,反应速度也会产生一定的差异,但是H2O2的消耗速度是极快的. H2O2 在 Fe2+的催化作用之下会产生羟基自由基,它具有很高的氧化电位, 其氧化能力仅次于氟.另外,OH具有很高的亲电性或电负性,其电子的亲和能力高达 569.3 kJ ,具有极强的加成反应特性.当其用于降解有机物时,羟基自由基通过引发链反应最终可以将有机物氧化为最简单的分子H2O和CO2,因此芬顿试剂是
9、可以氧化水中的绝大多数有机物的,适合处理难生物降解和一般物理化学方法难以处理的废水.第1章 Fenton试剂作用的机理与其特点1.1 Fenton试剂作用的机理芬顿试剂在难降解的有机废水中的作用主要包括对有机物的混凝和氧化这两种作用.1894年,Fenton发现过氧化氢和亚铁离子可以混合产生非常活泼的羟基自由基OH,之后人们在该体系当中又发现了另一个也非常活泼的自由基HO2 .它们可以通过电子转移等途径传播和引发自由基链反应,将水中的难降解的有机物氧化为水和二氧化碳,从而降解了有毒有害的有机物.另一方面,生成的氢氧化铁胶体具有吸附、絮凝的功能,可部分去除水中有机物.其原理如下Fe2+ + H2
10、O2Fe3+ +OH+OHFe2+ +OH Fe3+ + OHFe3+ + H2O2Fe2+ +HO2+H+HO2+ H2O2O2+H2O+OHFe3+ + HO2 Fe2+ + O2 + H+4 Fe2+ +O2+4H+4Fe3+2H2OFe2+2OHFe2Fe3+ + 3OHFe34Fe2 +O2+2H2O4Fe3Fe2+与H2O2之间反应速度很快,可以生成氧化能力很强的OH自由基,OH自由基在Fe3+存在的情况下,可以与过氧化氢缓慢发生反应生成Fe2+,Fe2+再与过氧化氢迅速发生反应产生OH,OH可以与难降解的有机物发生反应,使CC键,CH键, CCl键发生断裂,最终氧化为对人身体无害
11、的CO2和H2O,从而使废水的COD大大降低,同时Fe2+作为催化剂,可以与O2发生反应,被氧化为Fe3+,可有Fe3胶体出现.由于反应速率相当快,已经基本接近扩散速率控制的极限1010mol-1LS-1,这可以表明氧化反应的速率主要是由OH的产生速度来决定的.1.2Fenton试剂的特点其他氧化方法相比,芬顿试剂具有下列特点：1氧化能力强.羟基自由基的氧化还原电位很高,为2.80V,仅次于氟2.87V,这就意味着芬顿试剂的氧化能力远远超过其他的普通的化学氧化剂,因此能够氧化绝大多数有机物,甚至可以氧化一些普通化学氧化剂无法氧化的有机物,而且还可以引发后面的链反应,使反应能够顺利进行,对一些难
12、降解的有机物也有氧化作用.2过氧化氢分解成羟基自由基的速度很快,氧化反应的速率也比较高.羟基自由基与不同的有机物的反应速率常数相差很小,这表明羟基自由基对有机物氧化的选择性很小,一般的有机物都可以氧化,而且因为反应速率常数都达到或超过了108Ls-1mol-1,因此反应异常迅速.3羟基自由基具有很高的亲电性或电负性.羟基自由基的电子亲和能为5.693105Jmol-1,因此进攻高电子云密度点很容易,这也决定了芬顿试剂在处理氯基,硝基等电子密度比较高的有机物,使其发生氧化反应方面具有独特的优势,而且这些有机物的BOD5/COD的值都很小,使用一般的生物化学的方法很难将其降解,而且一般的化学氧化的
13、方法也难以奏效.在这一方面,芬顿试剂弥补了一般的生物化学方法和化学氧化法的不足,具有极大的发展潜力.4芬顿试剂的处理效率很高,在处理的过程当中也不会引入其他的对人身体有害的杂质,因此使用芬顿试剂处理难降解的有机废水不会产生二次污染,很安全.5由于Fenton法是一种物理化学的处理方法,比较容易加以控制,也比较容易达到预计处理的要求,甚至可以处理降解浓度为10-9级的有机污染物.6芬顿试剂既可以单独使用用来处理废水,也可以与其他的工艺联合起来使用,可以降低处理的经济成本,提高处理的效果.如果使用生物氧化法作为芬顿试剂的预处理的话,其去除难降解的有机物的效果会更好.7芬顿试剂的操作与设备的护理比较
14、简单,对于废水中的有干扰作用的物质的承受能力比较强,而且可以使用的范围也比较广,可以处理多种有机废水.8芬顿试剂中的Fe3胶体可以在较低的PH值范围内使用,而在较低PH值范围内有机物绝大部分都是以分子态存在,比较容易去除,这也大大提高了芬顿试剂的有机物去除效率.9芬顿试剂的药品价格较低,实验用的试剂配制方便,因此使用芬顿试剂处理难降解的有机废水经济成本较低,而且处理效果很好,所以芬顿法是一种经济有效的处理难降解的有机废水的方法.第2章Fenton法的分类与其与其它技术的联合使用2.1 Fenton法的分类普通Fenton法1894 年法国的科学家Fenton 在一项科学研究当中发现,在ph值显
15、酸性的水溶液之中,在过氧化氢与亚铁离子共存的条件下,可以将酒石酸有效地氧化.这项研究的发现为人们分析选择性氧化物与还原性有机物提供了一种新的方法, 后人为了纪念这一位伟大的科学家, 将Fe2+ / H2O2 命名为Fenton 试剂, 使用Fenton试剂的反应可以称为Fenton 反应.Fenton 试剂的优点就是过氧化氢分解速度快、氧化速率高, 操作十分简单、可自动产生絮凝；许多无机硫化物,从元素硫到硫化物,硫化氢,与硫的氧化物都可以用该技术氧化成为硫酸盐等优点但是普通Fenton 法有H2O2的消耗量大、成本比较高、难以实用化等缺点.1964 年使用芬顿试剂处理苯酚与烷基苯废水,开创了芬顿试剂在废水处理领域的先河.难降解的有机物的废水的处理是环境科学研究的热点之一, 也是国民经济发展急需解决的问题.Fenton 法可以有效处理农药、芳烃类、芳胺类、酚类与核废料等一些难以降解的有机废水.光Fenton 法在紫外光条件下, 除了发生反应OH+H+ + e=H2O之外,H2O2在紫外光照射之下也会发生分解反应式为： H2O2+ h 2H
