【芬顿反应原理】芬顿反应是一种在环境工程和化学氧化处理中广泛应用的高级氧化技术，主要用于降解水中的有机污染物。该反应通过过氧化氢（H₂O₂）与亚铁离子（Fe²⁺）之间的协同作用，生成高活性的羟基自由基（·OH），从而实现对有机物的高效氧化分解。
一、芬顿反应的基本原理
芬顿反应的核心是利用亚铁离子作为催化剂，使过氧化氢发生均裂，生成具有强氧化能力的羟基自由基。其基本反应式如下：
- 主反应：
$$
\text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \cdot\text{OH} + \text{OH}^-
$$
- 副反应（进一步氧化）：
$$
\cdot\text{OH} + \text{有机物} \rightarrow \text{无机物} + \text{其他自由基}
$$
羟基自由基（·OH）具有极高的氧化电位（约2.8 V），能够无选择性地攻击大多数有机污染物，将其分解为CO₂、H₂O等无害物质。
二、影响芬顿反应的因素
| 因素 | 影响说明 |
| pH值 | 最佳pH范围为2.5~4.0，过高会抑制Fe²⁺的催化活性 |
| Fe²⁺浓度 | 浓度过低导致反应速率慢，过高可能产生沉淀或降低氧化效率 |
| H₂O₂浓度 | 过量H₂O₂可能抑制自由基的生成，造成浪费或副产物增加 |
| 温度 | 温度升高有助于加快反应速度，但过高可能导致H₂O₂分解 |
| 溶液成分 | 其他离子或有机物可能干扰反应或竞争自由基 |
三、芬顿反应的应用领域
| 应用领域 | 简要说明 |
| 水处理 | 降解工业废水、染料废水、农药废水等有机污染物 |
| 土壤修复 | 用于污染土壤中有机物的原位氧化处理 |
| 医药废水 | 处理含有复杂有机物的制药废水 |
| 垃圾渗滤液 | 高浓度有机污染物的有效处理手段 |
四、芬顿反应的优点与局限性
| 优点 | 局限性 |
| 反应速度快，氧化能力强 | 对pH要求严格，需调节水质 |
| 可降解多种有机物，适用性强 | Fe²⁺易被氧化为Fe³⁺，需不断补充 |
| 成本相对较低 | 过量H₂O₂可能造成二次污染 |
| 工艺简单，易于操作 | 需控制反应条件，操作要求较高 |
五、总结
芬顿反应是一种基于羟基自由基的高级氧化技术，广泛应用于水处理和环境污染治理中。其核心在于Fe²⁺与H₂O₂的协同作用，生成强氧化性的·OH，从而高效降解有机污染物。尽管该方法具有高效、经济等优势，但在实际应用中仍需注意pH控制、试剂用量及反应条件优化等问题，以提高处理效果并减少副产物生成。