这是有名的fenton反应,是水处理领域常用的高级氧化工艺.主要反应如下：
(1)H2O2 + Fe →·OH + Fe + OH-
(2)Fe2+ + ·OH →Fe3+ + OH-
其中,产生·OH 的反应步骤(1) 控制了整个反应的速度,·OH通过反应方程(2) 与有机物反应而逐渐被消耗.
Fe3+能催化降解H2O2,使之变成O2和H2O,自由基链机理指出,对于单一的Fe3+系统(即除水外没有其他的络合物配位基),将产生·OH和HO2-.反应方程除(1) 、(2) 外,还有以下几个步骤：
(3) H2O2 + Fe3+ →Fe-OOH2++ H+
(4) Fe-OOH2+ →HO2·+ Fe2
(5)HO2·+ Fe2+ →Fe3+ + HO2-
(6)HO2 + Fe3+ →Fe2+ + O2 + H+
(7)·OH + H2O2 →HO2·+ H2O
当H2O2 过量时,由于反应方程(4)的反应速度远比反应方程(1) 的反应速度慢,所以[ Fe2+ ]与[ Fe3+ ] 的关系不大.反应方程(7) 指出了·OH消耗的另一途径.通过分离有机化合物中的H、填充未饱和的C - C键,羟基·OH能不加选择地同大多数有机物迅速反应,和·OH比较起来HO2- 的反应活性微弱许多,而与之配对的O2·-几乎没有活性.当有O2 存在时,·OH与有机物反应产生的以碳为中心的自由基会与O2反应,产生ROO·自由基,并最终变成氧化产物.除此之外,许多人提出了不同的Fe2+PH2O2 反应途径和中间产物.Kan提出Fenton 反应会产生被水包围并与Fe3+ 疏松连接的·OH,它能氧化大多数有机物.DAVIDA等很多研究提到高价铁-氧中间产物,如FeO3 +,(L) Fe4 = O ,(L·+ ) Fe4 = O,L为有机络和物,(L·+ )为带一个电荷的有机络和氧化物[2].DAVIDA等[2]的研究指出,Fenton反应产生亚铁离子,H2O2反应产生铁水络和物.
(8) [ Fe (H2O) 6 ]3 + +H2O ─→ [ Fe (H2O) 5OH]2+ + H3O+
(9) [ Fe (H2O) 5OH]2 + + H2O ─→ [ Fe (H2O)4(OH)2 ] + H3O+
当pH 为3～7 时,上述络和物变成：
(10) 2 [ Fe (H2O) 5OH]2 +─→ [ Fe (H2O) 8 (OH) 2 ]4 + + 2H2O
(11) [ Fe (H2O) 8 (OH) 2 ]4 + + H2O ─→[ Fe2 (H2O) 7 (OH) 3 ]3 + + H3O+
(12) [ Fe2 (H2O) 7 (OH) 3 ]3 + + [ Fe (H2O) 5OH]2 + →[ Fe3 (H2O) 7 (OH) 4 ]5+ + 2H2O