Tháp phản ứng Fenton

Chương 1 Tự luận

Công nghệ oxy hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Processes) được định nghĩa là có thể tạo ra một lượng lớn các quá trình gốc tự do OH, sử dụng các gốc tự do hoạt động cao để tấn công và phản ứng với các chất hữu cơ đại phân tử, do đó phá hủy cấu trúc phân tử dầu để đạt được mục đích oxy hóa loại bỏ các chất hữu cơ, để đạt được quá trình oxy hóa hiệu quả cao.
Phương pháp Fenton có tính chọn lọc rõ rệt khi xử lý nước thải có chứa các hợp chất hữu cơ hydroxyl. Loại gốc thay thế hydroxyl, số lượng hydroxyl, vị trí thay thế hydroxyl, chiều dài chuỗi chính và độ bão hòa của chuỗi chính đều có mức độ ảnh hưởng khác nhau đến hiệu quả xử lý của phương pháp Fenton. Kết quả thí nghiệm cho thấy nhóm hydroxyl monophenol có tác dụng thúc đẩy phản ứng Fenton, trong khi nhóm hydroxyl monophenol có tác dụng ức chế mạnh mẽ đối với nó; Khi số lượng nguyên tử carbon bằng nhau và số lượng hydroxyl khác nhau, ảnh hưởng của nó đối với phản ứng Fenton giảm dần khi số lượng hydroxyl tăng; Số lượng nguyên tử carbon chuỗi chính bão hòa monolitol càng nhiều, thì tác dụng ức chế của nó đối với phản ứng Fenton càng rõ rệt; Ảnh hưởng của độ không bão hòa của chuỗi chính đối với phản ứng Fenton cũng khác nhau, phương pháp Fenton đối với các hợp chất hydroxyl không bão hòa aliphatic kém hiệu quả trong khi có tác dụng oxy hóa tốt đối với các hợp chất hydroxyl vòng phenyl; Chiều dài chuỗi không giống như số lượng hydroxyl rượu, và với sự tăng trưởng của chuỗi chính và số lượng hydroxyl tăng lên, tác dụng ức chế của nó đối với phản ứng Fenton giảm, cho thấy hiệu quả suy thoái oxy hóa tốt. Việc sản xuất gốc hydroxyl trong các hệ thống khác nhau có thể được sử dụng để đánh giá trực tiếp tác dụng ức chế và mức độ ức chế của chất nền đối với thuốc thử Fenton. Nhiệt độ xung có tác dụng thúc đẩy quá trình oxy hóa của thuốc thử Fenton ở nhiệt độ phòng, và tần số sưởi ấm càng lớn, hiệu quả càng rõ ràng.

Chương 2: Nguyên tắc của Fenton

Khi Fenton phát hiện ra thuốc thử Fenton, người ta không biết chính xác chất oxy hóa nào tạo ra phản ứng hydro peroxide với ion sắt hóa trị hai có khả năng oxy hóa mạnh như vậy. Hơn 20 năm sau, người ta đã đưa ra giả thuyết rằng các gốc tự do trans-based đã được tạo ra trong phản ứng, do sự hiện diện của chất xúc tác Fe3+(Fe2+), H2O2 phân hủy hiệu quả để tạo ra các gốc tự do trans-based (· OH) với khả năng oxy hóa mạnh và điện âm cao (ái lực điện tử 569,3KJ), · OH có thể oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước để cuối cùng khoáng hóa thành các chất phân tử nhỏ như C02, H20 và muối vô cơ. Trong dung dịch pH=4, -OH có tiềm năng oxy hóa lên tới 2,73 V và khả năng oxy hóa của nó chỉ đứng sau axit flohydric trong dung dịch. Do đó, các chất phản ứng thông thường rất khó oxy hóa các chất hữu cơ dai dẳng, đặc biệt là các hợp chất thơm và một số hợp chất dị vòng, phần lớn trong số đó có thể bị oxy hóa phân hủy mà không cần chọn lọc.
Liên quan đến cơ chế phản ứng của thuốc thử Fenton, một nghiên cứu cho rằng phản ứng giữa các chất vô cơ như Fe2+, Fe3+, H202, ·OH, HO2·và 02-, được tìm thấy trong hệ thống phản ứng Fenton nói chung. Nghiên cứu cơ chế của phần này của phản ứng được thực hiện chủ yếu thông qua các chất bắt hóa học và các công cụ phân tích tiên tiến, tập trung chủ yếu vào việc tạo ra các loại oxit chủ yếu là các gốc tự do 9 gốc hoặc các gốc tự do alcoxy, hoặc các loại oxit thoáng qua giá cao tập trung vào sắt. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng Visha có thể được sử dụng như một chất bắt các gốc tự do để bắt các gốc HO2 · tự do. Trong khi đó, phản ứng cạnh tranh của các gốc tự do -OH không ảnh hưởng đến việc bắt giữ các gốc tự do HO2. Dựa trên phát hiện này, các nhà nghiên cứu đã đề xuất cơ chế sản xuất các gốc tự do và chất oxy hóa năng lượng cao, đây cũng là một kết luận cơ bản khá thành thục của phản ứng Fenton. Tuy nhiên, cho đến nay, vẫn còn nhiều vấn đề cần nghiên cứu về hình thái tồn tại trong phản ứng của sắt sau khi oxy hóa. Để đối phó với hiện tượng này, một số học giả đã đề xuất một số quá trình trung gian, tổng hợp lại chủ yếu là một số: nồng độ thấp của Fe2+chủ yếu ở dạng Fe(OH)(H20)52+với pH từ 2,5 đến 4,5, phản ứng này xảy ra khi H2O2 trao đổi phối hợp với phối hợp đầu tiên của Fe2+, sau đó là phản ứng truyền của các electron trong cơ thể để tạo ra phức hợp Fe. Chất trung gian Fe(oH)3(H2O)4+tiếp tục phản ứng và tạo ra · OH, và Fe(oH)(H2O)52+tiếp tục phản ứng với H2O2: cho phép Fe2+lưu thông.

Chương 3: Tháp oxy hóa Fenton

Trong những năm gần đây, chúng tôi đã nghiên cứu quy luật phản ứng giữa Fenton và các chất hữu cơ và các sản phẩm trung gian của chúng; Nghiên cứu động lực học của Fenton đối với các chất hữu cơ khác nhau và xây dựng các mô hình động lực học khác nhau. Nghiên cứu này đã thúc đẩy sự trưởng thành của công nghệ oxy hóa Sphanton của tôi. Công ty chúng tôi đã phát triển thiết bị tháp oxy hóa Fenton. Thiết bị này có thể xử lý hầu hết các nước thải hữu cơ khó phân hủy, chẳng hạn như xyanua, phenol, nước thải thuốc nhuộm, chất trung gian thuốc nhuộm hoặc nước thải phụ trợ thuốc nhuộm, nước thải thuốc trừ sâu (glyphosate), nước thải cốc, chất lỏng thấm rác, v.v.
Đây là một ví dụ về nghiên cứu của chúng tôi về nước thải chlorophenol khó phân hủy với tháp oxy hóa Fenton. Đặc điểm phản ứng của mefenton chlorophenol oxide, chủ yếu nghiên cứu ảnh hưởng của pH, H202, Fe2+đối với phản ứng. Trong nghiên cứu, người ta phát hiện ra rằng nếu tính axit quá mạnh, nồng độ H+trong dung dịch quá cao, hydro peroxide tồn tại ổn định ở H3O2+, và các chất hữu cơ không dễ phân hủy trong môi trường có tính axit mạnh, Fe3+không thể được khử thành Fe2+, phản ứng xúc tác bị cản trở. Các thí nghiệm đã chứng minh rằng phản ứng bị ảnh hưởng bởi nồng độ Fe2+tự do, một yếu tố quan trọng trong sản xuất · OH. Một số chất hữu cơ phân tử nhỏ bị phân hủy bởi Fenton sẽ tăng tốc độ phân hủy, trong khi một số khác sẽ hình thành các hợp chất ổn định với Fe2+, rất khó bị phân hủy thêm, miễn là H+tồn tại, phản ứng phân hủy của chất hữu cơ sẽ tiếp tục. Với pH=2-4, tốc độ phân hủy của các chất hữu cơ xảy ra chỉ trong vài phút, đây là phản ứng cấp một so với nồng độ chlorophenol và hằng số tốc độ phản ứng của nó tỷ lệ thuận với nồng độ ban đầu của Fe2+và H202. Các thí nghiệm đã phát hiện ra rằng các phản ứng bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các sản phẩm hữu cơ trung gian, vì vậy nghiên cứu động lực học nên xem xét ảnh hưởng của các sản phẩm trung gian. Các kỹ thuật viên của chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu về động lực học của menitroanilin, kiểm tra nồng độ H202, nồng độ Fe2+, độ pH và nhiệt độ theo thời gian. Nghiên cứu, sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính đơn nguyên, đã phân tích định lượng mối tương quan giữa nồng độ nitroaniline còn sót lại sau các thời gian suy thoái oxy hóa khác nhau đối với thời gian phản ứng và phát hiện ra rằng sự suy thoái oxy hóa của menitroaniline phù hợp với mô hình động lực học cấp một, thu được hằng số tốc độ biểu kiến và năng lượng kích hoạt cho phản ứng này. Sử dụng các nghiên cứu về cơ chế quang phổ UV, người ta đã phát hiện ra rằng sản phẩm trung gian chính trong quá trình oxy hóa xúc tác của menitroaniline phải là axit pentenedioic. Do hằng số tốc độ phản ứng của các gốc tự do trans-base với metronitaniline lớn hơn hằng số tốc độ phản ứng của axit hữu cơ, theo lý thuyết động lực học hóa học, trong phản ứng phân hủy xúc tác của thuốc thử Fenton, khi liều lượng thuốc thử Fenton bổ sung không đủ để oxy hóa hoàn toàn metronitaniline, metronitaniline có thể được loại bỏ bằng sự phân hủy oxy hóa ưu tiên, cho phép phản ứng phân hủy chấm dứt ở giai đoạn sản xuất axit. Do đó, trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp khó phân hủy thực tế, quá trình oxy hóa thuốc thử Fenton có thể được sử dụng như một phương pháp tiền xử lý nước thải khó phân hủy như menitroanilin theo yêu cầu, cung cấp điều kiện phản ứng tốt cho việc xử lý sinh hóa tiếp theo. Tuy nhiên, khi bổ sung thuốc thử Fenton lớn, axit hữu cơ sản phẩm trung gian có thể bị phân hủy thêm, tạo ra các hợp chất phân tử nhỏ cho đến khi phân hủy thành carbon dioxide và nước. Nghiên cứu về động lực học của phản ứng của chất Fenton với chất hữu cơ cho phép hiểu quá trình phản ứng của chất hữu cơ trong chất Fenton, tìm kiếm các chuỗi và hằng số tốc độ phản ứng phù hợp với thời gian lưu trú và phản ứng, cung cấp cơ sở vững chắc và kinh nghiệm về hiệu quả xử lý của thiết bị tháp oxy hóa Fenton của chúng tôi.

Chương 4: Ưu điểm của tháp oxy hóa Fenton

(1). Các gốc tự do hydroxyl (· OH), một loài hoạt động trung gian được tạo ra bởi hệ thống Fenton, có điện thế oxy hóa cao hơn các chất oxy hóa khác. Đó là khả năng oxy hóa mạnh hơn, thuốc thử không có độc tính, hệ thống đồng nhất không có trở ngại về truyền tải chất lượng, hoạt động đơn giản và đầu tư nhỏ.
(2) Các gốc hydroxyl (· OH), loài hoạt động trung gian được tạo ra bởi hệ thống Fenton, là một chất oxy hóa mạnh với điện cực oxy hóa (E) là 2,80V, đứng thứ hai sau F2 trong số các chất oxy hóa đã biết.
(3) Các gốc hydroxyl trung gian (· OH) được tạo ra bởi hệ thống Fenton có độ âm điện cao hoặc ái lực điện tử (569,3kj), dễ dàng tấn công các điểm mật độ đám mây điện tử cao, đồng thời các gốc hydroxyl có tính chọn lọc nhất định.
(4) Các gốc hydroxyl (· OH), một loài hoạt động trung gian được tạo ra bởi hệ thống Fenton, cũng có tác dụng phụ, và phản ứng phụ sẽ xảy ra khi có liên kết đôi carbon-carbon, trừ khi phân tử bị tấn công có liên kết hydrocarbon hoạt động cao.