Fenton氧化体系_OH_ORP_H_2O_2和Fe_2_变化特征

Fenton高级氧化是处理生物难降解有机废水常 采用方法，通过在酸性条件下 Fe2+的作用，H2O2分 解生成包括氧化性极强的·OH在内的多种中间体 自由基，对水中难生物降解有机物进行氧化分解，从 而提高废水的可生化性，甚至将有机物完全矿化[1-4]。 在这个过程中，反应机理十分复杂并随反应条 件不同而变化[5]，目前各类废水 Fenton高级氧化反 应条件主要是通过实验室试验确定。但是，废水处理 工程实际运行过程与实验室试验条件存在很大的不 一致性，故研究 Fenton 体系·OH、氧化还原电位 （ORP）、H2O2、Fe2+变化特点和规律，对于通过常规 检测，调整、控制体系反应条件，实现高效 Fenton氧 化处理过程十分重要。此外，ORP是一个综合反映 体系宏观的氧化 - 还原性的参数，探讨 Fenton 体 系·OH生成与ORP变化的关系，以及 ORP对 Fenton 体系状况的指示作用，可以为通过 ORP值调整、控 制体系反应条件提供依据。 1 试验部分 1.1 试剂与仪器 试剂：质量分数 30%的 H2O2（AR）；七水合硫 酸亚铁（AR）；硫酸（AR）；甲基紫；草酸钛钾 （AR）；乙酸钠（AR）；盐酸羟胺（AR）；邻菲罗啉 （AR）；硫酸亚铁铵。 仪器：超纯水器 LHP-05-H；电子天平；数字式显 示酸度计 PHS-25；氧化还原电位测定仪 ORP-421； 752紫外可见分光光度计；78-1磁力搅拌器。。 1.2 试验方法 试验在 100 mL烧杯中进行，首先取 50 mL高 纯水加入到烧杯中，用硫酸调节选定的 pH，然后加 入一定量的硫酸亚铁，在磁力搅拌的条件下加入 H2O2。分别进行·OH、ORP、H2O2、和 Fe2+的测定。 1.3 测定方法 ·OH采用甲基紫分光光度法测定[6]；ORP采用氧 化还原电位测定仪测定；H2O2采用钛盐分光光度法 Fenton氧化体系·OH、ORP、H2O2和 Fe2+变化特征 汪昆平，杨 林，汪春艳，赵 越，郭劲松 （重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆 400045） 摘 要：通过对 Fenton体系·OH、ORP、H2O2和 Fe2+变化关系的考察，研究了 Fenton反应过程特点和规律。结果显 示，随着 Fenton反应的快速进行，体系很快达到稳定状态，反应过程·OH生成量、ΔORP随时间变化关系可用 Y=a· b·X/ (1+b·X) 模型描述，H2O2、Fe2+反应符合动力学模型 dC/dt=-k (C-l)。基于 Fenton体系·OH生成量平台稳定值、 ΔORP平台稳定值及其达到平台稳定值所需时间，适宜 n(H2O2)/n(Fe2+)比为 1：1。当 n(H2O2)/n(Fe2+)比为 2时，·OH生 成量平台稳定值最大、Fe2+反应速率常数最大。H2O2/Fe2+比值不同引起的最大·OH生成量平台稳定值高出最小·OH 生成量平台稳定值不到 8%，而引起的最大 ΔORP平台稳定值高出最小 ΔORP平台稳定值超过 83%。Fenton体系 Fe2+转化率为 91.7%～98.7%、H2O2转化率为 38.9%～68.4%，H2O2/Fe2+比值、pH对 Fe2+转化率影响较小，对 H2O2的 转化率影响较大；较低 H2O2转化率与较低 ΔORP是对应的。 关键词：Fenton反应；·OH；ORP；H2O2；Fe2+ 中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1000-3770(2011)12-0036-006 收稿日期：2011-04-06 基金项目：国家科技攻关计划重大项目（2006BAJ08B08）；重庆市自然科学基金资助项目（CSTC，2008BB7299）；中央高校基本科研业务 基金资助项目（CDJRC10210006） 作者简介：汪昆平（1965－），男，博士，副教授，从事饮用水卫生安全保障理论与技术研究 联系电话：13368390298；E-mail：hjwkp@126.com 第 37卷 第 12期 2011 年 12 月 水处理技术 TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT Vol.37 No.12 Dec.,201136 测定[7]；Fe2+采用邻菲罗啉分光光度法[8]测定。 2 结果与讨论 2.1 Fenton体系·OH变化 ·OH 测定基于·OH 与甲基紫高电子云密 的－C＝C－基团发生亲电加成反应，使甲基紫褪 色，通过测定甲基紫吸光度值的变化间接测定出·OH 的生成量[6]： Amethyst（紫色）+·OH=Achromatic（无色） 当初始 pH=3.0，H2O2浓度 50 mmol·L-1、甲基紫 浓度 2 mmol·L-1时，不同 H2O2/Fe2+比值的 Fenton 体系·OH生成量随时间的变化如图 1所示。可以看 出，在不同 n(H2O2)/n(Fe2+)条件下·OH生成量随时间 变化关系有所不同，但随着时间的增加，·OH生成 量有逐渐趋于某一最大值的倾向。 图 1中曲线是采用数 Y= a·b·X1+b·X 进行拟合的 结果。式中，Y为·OH生成量，X为反应时间。函数是 单调增加的，根据该函数式反映出的物理意义，参数 a为反应时间足够长时·OH生成量所能达到的最大 值，b为·OH生成量为最大生成量的一半时所对应 的时间的倒数： lim x→∞ Y=lim x→∞ a·b·X 1+b·X =a 1 2 a= a·b·X1/2 1+b·X1/2 → b= 1X1/2 不同 H2O2/Fe2+比条件下，·OH生成量与反应时 间的函数拟合参数如 1所示。 从表 1可以看出，所有 R2都大于 0.99，拟合函 数较好地描述了实际变化过程；不同的 n(H2O2)/n(Fe2+) 比值对参数 b影响较大，即对·OH生成量达到最大 值所需要的时间影响较大；而不同的 H2O2/Fe2+比值 对参数 a影响较小，即对体系累积·OH生成量所能 达到的平台稳定值影响较小，最大的·OH生成量高 出最小的不到 8%。 Fe2+投加比例越大，·OH生成量达到其平台稳定 值速度越快（如 n(H2O2)/n(Fe2+)比为 1：2的 b=38.03215 min-1，n(H2O2)/n(Fe2+)比为 2：1的 b=9.927 95 min-1）， 但 Fe2+投加比例太大，其·OH生成量的平台稳定值 有一定降低（如 n (H2O2)/n (Fe2+)比 1：2的 a=0.03811 mmol·L-1，n (H2O2)/n (Fe2+) 比为 2：1 的 a=0.038 90 mmol·L-1）。 从·OH生成量的这种变化特点可看出，基于 Fenton体系·OH生成量存在一个最佳 n(H2O2)/n(Fe2+) 比。而当 H2O2量过剩，·OH生成量较小、达到·OH 生成量平台稳定值的时间延长。基于参数 a所反映 的·OH生成量平台稳定值，最佳 n(H2O2)/n(Fe2+)比为 2：1；结合参数 b所反映的达到·OH生成量平台稳 定值所需时间的情况，适宜的 n(H2O2)/n(Fe2+)比为 1：1～2：1。 2.2 ORP变化 ORP是一个综合反映体系宏观的氧化 -还原性 图 1 ·OH生成浓度－时间数据曲线拟合 Fig.1 The relationship of·OH concentration with time at various H2O2/Fe2+ molar ratio 0 5 10 15 20 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 ��� � � � ������ �� � ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� c( � O H )/m m o l� L� � �� /min 表 1 不同 H2O2/ Fe2+比条件下·OH生成量与反应时间的函数拟合参数 Tab.1 The parameters to best fit the function to·OH concentration with time at various H2O2/ Fe2+ molar ratio n(H2O2)/n(Fe2+) 拟合函数 a/mmol·L-1 b/min-1 R2 1：2 1：1 2：1 3：1 4：1 5：1 6：1 Y=0.0381 1· 38.032 15X1+38.032 15X Y=0.038 86· 18.760 02X1+18.760 02X Y=0.038 90· 9.927 95X1+9.927 95X Y=0.038 69· 6.022 78X1+6.022 78X Y=0.038 20· 4.09 452X1+4.09 452X Y=0.037 40· 3.056 27X1+3.056 27X Y=0.036 18· 2.381 49X1+2.381 49X 0.038 11 0.038 86 0.038 90 0.038 69 0.038 20 0.037 40 0.036 18 38.032 15 18.760 02 9.927 95 6.022 78 4.09 452 3.056 27 2.381 49 0.999 99 0.999 99 1.000 00 0.999 91 0.998 62 0.997 85 0.994 87 汪昆平等，Fenton氧化体系·OH、ORP、H2O2和 Fe2+变化特征 37 的参数。在微观上，每一种不同的物质都有一定的氧 化 -还原能力，这些氧化还原性不同的物质能够相 互影响，最终构成了一定的宏观氧化还原性。ORP 可以反映水溶液中所有物质表现出来的宏观氧化 - 还原性。ORP越高，氧化性越强，电位越低，氧化性 越弱。 图 2为 Fenton反应体系 ORP与 Fenton反应发 生前ORP之差随时间的变化情况，初始条件：pH=3.0、 H2O2浓度为 5 mmol·L-1、Fe2+浓度由 n(H2O2)/n(Fe2+) 比值确定。 采用函数 Y= a′·b′·X′1+b′·X′ 对试验数据进行拟合，结 果如表 2所示。 与 Fenton体系·OH生成量变化情况类似，各 n (H2O2)/n(Fe2+)比值条件的 ΔORP随时间变化关系有 所不同；随着时间的增加，各 n (H2O2)/n (Fe2+)比的 Fenton体系 ΔORP都将逐渐趋于某一最大值；体系 n(H2O2)/n(Fe2+)比值较大时，ΔORP较小。与 Fenton 体系·OH生成量变化情况不同，体系 n(H2O2)/n(Fe2+) 比对参数 a'、b'影响都较大，即对 ΔORP所能达到的 最大值 （ΔORP 平台稳定值）、以及 ΔORP 达到 ΔORP平台稳定值所需要的时间都有较大的影响。 反映出 Fenton体系氧化性除·OH的贡献外，其它产 物和成分也有较大影响。 当系统 H2O2量过剩，ΔORP所能达到的 ΔORP 平台稳定值明显较低；随着 Fe2+投加比例增加， ΔORP所能达到的 ΔORP平台稳定值增大。但当 n (H2O2)/n(Fe2+)比值从 1：1变为 1：2时，ΔORP所能达 到的 ΔORP平台稳定值有一定的减小。故基于参数 a'值所反映的 ΔORP平台稳定值，Fenton反应体系 最佳 n(H2O2)/n(Fe2+)比为 1：1。而与体系·OH生成量 变化情况相比，ΔORP达到 ΔORP平台稳定值所需 时间变化幅度小得多。综上，适宜的 n(H2O2)/n(Fe2+) 比值为 1：1。 2.3 Fe2+投加浓度变化对·OH生成量、ΔORP的影响 对于初始条件：pH=3.0、H2O2浓度 50 mmol·L-1、 甲基紫浓度为 2 mmol·L-1，以 Fe2+投加浓度为横坐 标，以反应时间 20 min的·OH生成量、ΔORP为纵 坐标作图如图 3所示。 可以看出，·OH生成量、ΔORP变化总趋势有些 相似，但两者的差异很明显。n(H2O2)/n(Fe2+)比值不 同引起的·OH生成量变化幅度较小（最大·OH生成 量平台稳定值高出最小·OH生成量平台稳定值不 到 8%）、而引起的 ΔORP 变化幅度较大 （最大 图 3 ·OH生成量、ΔORP与Fe2+投加的关系 Fig.3 ·OH concentration and ΔORP with the addition of the Fe2+ 0.0365 0.0370 0.0375 0.0380 0.0385 0.0390 �( Fe��) /mg�L�� � O R P/ m V c (� O H )/m m o l� L� � � ���� ����� 112 56 28 18.6704 14 11.2 9.3408 100 120 140 160 180 200图 2 不同 H2O2/Fe 2+比 Fenton体系 ΔORP随时间变化 Fig.2 ΔORP with time variation at various H2O2/Fe2+ molar ratio 0 5 10 15 20 0 50 100 150 200 �� /min ������ � � � ������ �� � � ������ �� ������ � ������ �� � O R P/ m V 表 2 不同 H2O2/Fe2+比条件下 ΔORP -反应时间的函数拟合参数 Tab.2 The parameters to best fit the function to ΔORP with time at various H2O2/Fe2+ molar ratio n(H2O2)/n(Fe2+) 拟合函数 a′/mV b′/min-1 R2 1：2 1：1 2：1 3：1 4：1 5：1 6：1 Y′=192.578 64· 3.056 62X′1+3.056 62X′ Y′=195.582 99· 3.785 89X′1+3.785 89X′ Y′=175.487 35· 7.896 82X′1+7.896 82X′ Y′=151.572 12· 10.658 03X′1+10.658 03X′ Y′=139.257 54· 4.09 452X′1+4.09 452X′ Y′=130.314 35· 4.936 56X′1+4.936 56X′ Y′=106.667 69· 4.401 4X′1+4.401 4X′ 192.578 64 195.582 99 175.487 35 151.572 12 139.257 54 130.314 35 106.667 69 3.056 62 3.785 89 7.896 82 9.382 89 10.658 03 4.936 56 4.401 4 0.999 12 0.999 43 0.999 21 0.999 96 0.999 85 0.999 68 0.994 82 水处理技术 第 37卷 第 12期38 ΔORP平台稳定值高出最小 ΔORP平台稳定值超过 83%）。可见，Fenton体系在趋于稳定过程中，体系 氧化性很大程度上受·OH之外的其它产物和成分 影响，而其它产物和成分变化受 Fe2+与 H2O2投加情 况影响较大。 在 Fe2+投加浓度为 56 mg·L-1时，·OH生成量、 ΔORP变化出现拐点，该点对应的 n(H2O2)/n(Fe2+)比 值为 1：1。Fe2+投加浓度<56 mg·L-1时，·OH生成量、 ΔORP随 Fe2+投加浓度降低而降低；Fe2+投加浓度 >56 mg·L-1时，·OH生成量、ΔORP随 Fe2+投加浓度 增加也降低，但 ΔORP降低幅度比·OH生成量降低 幅度小得多，显示出 Fe2+投加浓度较大时，体系·OH 之外的各种产物、中间体对宏观氧化性受 ΔORP的贡 献明显，使体系 ΔORP降低幅度较·OH生成量小。 在 Fenton体系中，Fe2+与 H2O2通过一系列复杂 的变化，生成·OH和各种中间体自由基。与 Fe2+投 加量相比，当 H2O2的投加量不足够大时，没有足够 的包括·OH在内的各种中间体自由基生成，检测到 的·OH生成量、ΔORP会比较小；而当投加的 H2O2 大量过剩时，包括·OH在内的各种中间体自由基生 成后可能被过剩 H2O2捕捉消耗，检测到的·OH生成 量、ΔORP也会比较小，故 Fenton体系 n(H2O2)/n(Fe2+) 比值对·OH生成量、ΔORP的影响存在一个拐点值。 此外，因为 ORP是体系中各种成分氧化性的综合反 映，·OH只是体系众多氧化性成分的一种，所以对 于 H2O2/Fe2+比值不同引起的·OH生成量变化幅度， 与引起的 ΔORP变化幅度相比，存在较大不一致。 2.4 体系的 H2O2与 Fe2+变化 图 4为 Fenton体系 H2O2随时间变化的关系， 初始条件：pH=3.0、H2O2浓度 50 mmol·L-1、H2O2/Fe2+ 比值为 1：2～6：1。可以看出，随着时间的增加， Fenton体系 H2O2浓度开始阶段急速降低并有逐渐 趋于某一稳定值的倾向；在不同 n(H2O2)/n(Fe2+)比值 条件下 H2O2随时间变化关系有所不同；n(H2O2)/n (Fe2+)比值越高，H2O2浓度降低后最后趋于的稳定值 越大，但其 H2O2的转化率越低，因初始 H2O2为 50 mmol·L-1，故转化率的相对大小能够反映转化量的 相对大小；对应 1：2～6：1的不同 n(H2O2)/n(Fe2+)比 值，体系稳定时 H2O2的转化率为 68.4%～38.9%。结 合图 2、图 3可知，体系较高的·OH生成量，ΔORP对 应较高的 H2O2的转化量。 通过数据拟合发现，体系 H2O2浓度随时间的变 化可用式（1）表示（R2=0.960 42～0.999 91）： C= l+m·exp(-k·t) （1） 式中，C为体系 H2O2质量浓度，t为体系反应时 间，参数 l为 H2O2浓度随时间下降的平台稳定值，m 为体系初始 H2O2浓度与 l之差，式（1）微分形式为： dC dt =-k(C-1) （2） 由此可见，Fenton体系 H2O2反应动力学遵循 1 级反应动力学模型，其中 H2O2浓度变化推动力为体 系 H2O2浓度与平台稳定值 l之差，不同 Fenton体系 l值不一样；其动力学速率常数 k变化范围为 1.2～ 5.5，根据数据拟合，k随初始 Fe2+浓度的变化关系 （其中 R2=0.994 07）： k=0.084 27·exp(0.034 94CFe2+初始)+1.277 07 图 5为 Fenton体系 Fe2+随时间变化的关系，初 始条件为：pH=3.0、H2O2浓度 50 mmol·L-1、n(H2O2) /n(Fe2+)比值为 1：2～6：1。可以看出，与图 4类似，随 着时间的增加，Fenton体系 Fe2+浓度开始阶段急速 降低并有逐渐趋于某一稳定值的倾向；在不同 n (H2O2)/n(Fe2+)比值条件下 Fe2+随时间变化关系有所 不同。 与图 4不同，n(H2O2)/n(Fe2+)比值越高，Fe2+浓度 降低后最后趋于的稳定值越小，但其 Fe2+转化率较 为接近。对于各 n(H2O2)/n(Fe2+)比值的 Fenton体系， 除 n (H2O2)/n (Fe2+) 比值 =1：2时的 Fe2+转化率为 图 5 不同 H2O2/Fe2+ Fenton体系 Fe2+浓度随时间的变化 Fig.5 Fe2+ concentration with time variation at various H2O2/Fe2+ molar ratio 0 5 10 15 20 0 20 40 60 80 100 120 � (F e � � )/m g� L� � �� /min ���� � � � ������ �� � � ��� � ���� � ����� � � � 图 4 不同 H2O2/Fe2+ Fenton体系 H2O2浓度随时间的变化 Fig.4 H2O2 concentration with time variation at various H2O2/Fe2+ molar ratio 0 5 10 15 20 5 10 15 20 25 30 35 �� /min ������ � � � ������ �� � �� � �� �� � c( H � O � )/m g� L� � 汪昆平等，Fenton氧化体系·OH、ORP、H2O2和 Fe2+变化特征 39 91.7%，其它 n(H2O2)/n(Fe2+)比值的 Fenton体系 Fe2+ 转化率为 96.2%～98.6%。因初始 Fe2+随 H2O2/Fe2+ 比值变化不为定值，所以转化率的相对大小与转化 量的相对大小存在较大差异。对应 1：2～6：1的不同 n(H2O2)/n(Fe2+)比值，体系稳定时 Fe2+ 的转化量为 1.84～0.16 mmol·L-1，结合图 1、图 2可知，体系较高 的·OH生成量、ΔORP对应较高的 Fe2+转化量。 由数据拟合的情况可知，体系 Fe2+浓度随时间 的变化可用式（1）描述（R2=0.997 97～0.999 67）， 此时 C为体系 Fe2+浓度，t为体系反应时间，参数 l 为 Fe2+浓度随时间下降的平台稳定值，m为体系初 始 Fe2+浓度与 l 之差，由式（1）的微分形式可知， Fenton体系 Fe2+反应动力学遵循 1级反应动力学模 型，其中 Fe2+浓度变化推动力为体系 Fe2+浓度与平 台稳定值 l之差，不同 H2O2/Fe2+比值 Fenton体系 l 值不一样。 Fe2+的 Fenton反应动力学速率常数 k变化范围 2.58～3.14 min-1，除 n (H2O2)/n (Fe2+)比值 =2：1 的 Fenton体系 k值最大（3.14 min-1），其它情况的 Fe2+ 反应动力学速率常数随 H2O2/Fe2+比值增加、初始 Fe2+浓度减小而增大。结合 2.1的情况可以看出，Fe2+ 反应动力学常数最大的 Fenton体系与·OH生成量 的平台稳定值最大的 Fenton体系是对应的。 结合图 4、图 5可以看出，无论 H2O2/Fe2+比值如 何，Fenton体系 H2O2、Fe2+在开始很短时间内急速降 低并逐渐趋于稳定；结合图 1、图 2可以看出，体系·OH 生成量、ORP在开始很短时间内急速上升并逐渐趋 于稳定，与体系 H2O2、Fe2+变化的情况很对应。 图 6为 20 min时单位量 Fe2+反应所消耗 H2O2 量随初始 n(H2O2)/n(Fe2+)值变化的关系。可以看出， 当初始 n(H2O2)/n(Fe2+)比较低时，Fenton体系稳定时 单位量 Fe2+反应消耗 H2O2量小；当 n(H2O2)/n(Fe2+) 比较高时，单位量 Fe2+反应所消耗H2O2量大。n(H2O2) /n(Fe2+)比 =6：1时，单位量 Fe2+反应所消耗的 H2O2 量超过 n(H2O2)/n(Fe2+)比 =1：1 时所消耗的 H2O2量 的 3.5 倍。而对于·OH 生成量、ΔORP 比较高的 Fenton 体系，其对应 n(H2O2)/n(Fe2+)比 =1：1～1：2， 对于过高 H2O2/Fe2+比值，不仅 Fenton体系难达到较 高·OH生成量、ORP，而且单位量 Fe2+反应所消耗 H2O2量大，故应该尽力避免。 2.5 初始 pH对 Fenton反应体系的影响 对于初始条件：H2O2浓度 50 mmol·L-1、n(H2O2) /n(Fe2+)为 1：1，不同 pH体系·OH生成量、ΔORP随 时间变化与前面的情况类似，·OH生成量、ΔORP在 起始 5 min反应时间内急剧变化，然后趋于稳定。图 7为反应时间 20 min时 Fenton体系·OH生成量平 台稳定值、ΔORP平台稳定值随 pH变化的关系。可 以看出，在 pH=2～5范围，随着 pH增加体系·OH 生成量平台稳定值减小，但与 ΔORP平台稳定值变 化情况相比减小幅度较小，最大·OH生成量平台稳 定值高于最小·OH生成量平台稳定值仅 2.8%；在 pH=2～5范围，体系 ΔORP平台稳定值随着 pH增 加而增加，最大 ΔORP平台稳定值高于最小 ΔORP 平台稳定值达 42.1%。pH<3时，体系 ΔORP平台稳 定值较小，从开始反应到达到稳定状态的体系宏观 氧化性提升幅度较小，应尽量避免。 图 8 为反应时间 20min 时 Fenton 体系 Fe2+、 H2O2 反应量随 pH 变化的关系。可以看出，在 pH=2～5范围，随着 pH增加体系 Fe2+反应量减小， 图 7 pH对体系·OH生成量、ΔORP的影响 Fig.7 The pH influence on·OH concentration and ΔORP 0.028 0.030 0.032 0.034 0.036 0.038 0.040 0.042 0.044 0.046 0.048 pH � O RP /m V c (� O H )/m m o l� l�� � ���� ����� 2 3 4 5 180 200 220 240 260 280 300 图 6 单位量 Fe2+反应所消耗 H2O2量随初始 H2O2/Fe2+的变化 Fig.6 ΔH2O2/ΔFe2+ with H2O2/Fe2+ molar ratio variation 0 1 2 3 4 5 6 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 n( H � O � ) /n( Fe��) � H � O � /� Fe � � 图 8 pH对体系剩余 Fe2+、H2O2的影响 Fig.8 The pH influence on remaining Fe2+ and H2O2 concentration 94 95 96 97 98 99 100 H � O � � � � /% pH Fe � � � � � /% � ��� �� �� � � � 2 3 4 5 40 44 48 52 56 60 64 � 水处理技术 第 37卷 第 12期40 ·OH, ORP, H2O2 AND Fe2+ VARIATION CHARACTERISTICS OF FENTON'S OXIDATION SYSTEM Wang KunPing,Yang Lin, Wang Chunyan, Zhao Yue, Guo Jingsong （Faculty of Urban Construction & Environmental Engineering of Chongqing University, Chongqing 400045, China） Abstract: The characteristics of the Fenton reaction，with investigation of relationship of the·OH, ORP, H2O2 and Fe2+, was studied. The result showed that the system reached a steady state quickly with the reaction of the Fenton system. In the reaction process, the relationship of the of oOH forming concentration, ΔORP with time could be described as a model of Y=a·b·X/(1+b·X). The reaction of H2O2、Fe2+ obeyed the first-order kinetic model of dC/dt=-k (C-l). The suitable molar ratio of the H2O2/Fe2+ was 1:1，based on the platform stable value of the oOH forming concentration and ΔORP and the time required to achieve the Maximum ΔORP. When H2O2/Fe2+ ratio was 2, the o OH platform concentration and Fe2+ reaction rate constant were maximum. The difference of the platform stable value of the oOH forming concentration between the maximum and the minimum is was less than 8%, while the difference between the platform stable value of the maximum ΔORP was more than 83%, which were caused by the different ratio of the H2O2 /Fe2+. In the Fenton system, the conversion rate of Fe2+ and H2O2 was 91.7%～98.7% and 38.9%～68.4% respectively. The pH and the molar ratio of the H2O2/Fe2+ had minor effect on the conversion of the Fe2+, but they had greater one on H2O2. The lower H2O2 conversion rate was corresponding to the lower ΔORP platform. Keywords： fenton reaction;·OH; ORP; H2O2; Fe2+ 但与 H2O2反应量变化情况相比变化幅度小得多，体 系最大 Fe2+ 反应量高于最小 Fe2+ 反应量未超过 1%，Fe2+转化率为 98.0%～98.7%；在 pH=2～5 范 围，体系 H2O2反应量随着 pH增加先显著增加后缓 慢降低，最大 H2O2反应量高于最小 H2O2反应量达 30.7%， H2O2转化率范围为 45.9%～60.0%，pH<3 时，体系 H2O2转化率较小、并随 pH降低急剧降低。 对于 pH的影响，较低 H2O2转化率与较低 ΔORP是 对应的。 3 结 论 不同 Fenton体系存在不同的稳定状态，当体系 达到稳定状态，·OH累积生成量达到最大平台稳定 值，ORP、H2O2浓度、Fe2+浓度保持稳定。 基于 Fenton体系最大·OH生成量平台稳定值、 ΔORP平台稳定值，适宜 n(H2O2)/n(Fe2+)比为 1：1；基 于体系达到最大·OH生成量平台稳定值、ΔORP平 台稳定值所需时间，适宜的 n(H2O2)/n(Fe2+)比为 1：1。 n(H2O2)/n(Fe2+)比值、pH 对 Fenton 体系 ΔORP 平台稳定值的影响较对·OH生成量平台稳定值的 影响大得多；Fenton体系的其他反应产物和成分对 体系宏观氧化性的影响较为显著。 Fenton体系反应过程·OH生成量、ΔORP随时 间变化关系符合 Y=a·b·X/(1+b·X)模型，H2O2、Fe2+ 反应可用动力学模型 dC/dt=-k(C-l)来描述。 对于 Fenton体系，n(H2O2)/n(Fe2+)比值、pH对 2+ 转化率影响较小，对 H2O2的转化率影响较大；较低 H2O2转化率与较低 ΔORP是对应的。 参考文献： [1] Chamarro E, Marco A, Esplugas S.Use of fenton reagent to improve of organic chemical biodegradability [J].Water Research,2001,35 (4):1047-1051． [2] Saatci Y. 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