Tratamiento de aguas residuales de galvanoplastia por método electro-Fenton

1 Introducción al método electro-Fenton

　　El concepto de tecnologías de oxidación avanzada fue propuesto por primera vez por Glaze y otros en 1987, marcado por la generación de radicales hidroxilo (·OH). Las tecnologías de oxidación avanzada (AOPs) basadas en la reacción de Fenton, desarrolladas en los últimos años, incluyen principalmente el método Fenton y el método similar a Fenton. La reacción de Fenton tradicional no puede lograr el reciclaje del hierro, tiene un rango de pH estrecho (óptimo 2.0~3.5), los iones de hierro en sí mismos también capturan radicales libres y la eficiencia de utilización del peróxido de hidrógeno no es alta, lo que limita su aplicación en el tratamiento de aguas. Dado que los radicales hidroxilo tienen una vida útil corta, a menudo se mejoran sus efectos de tratamiento y se amplía su aplicación en el tratamiento de aguas con la ayuda de condiciones externas, como la luz ultravioleta, campos eléctricos, etc., incluyendo el método foto-Fenton, el método electro-Fenton, el foto-electro-Fenton, el UV-Fenton, etc. Entre ellos, el método electro-Fenton no solo posee todas las propiedades de los métodos electroquímicos, sino que también puede utilizar la fuerte acción oxidante de los radicales hidroxilo, convirtiéndose gradualmente en la principal dirección de desarrollo de los reactivos de Fenton y también en la dirección principal de la tecnología electroquímica.

　　2 Principio del método Fenton

　　En 1894, el científico francés Fenton H J H descubrió que los iones ferrosos y el peróxido de hidrógeno en condiciones ácidas pueden degradar eficazmente el ácido tartárico. Con el empeoramiento de la contaminación orgánica, este método proporcionó una nueva vía para el tratamiento de aguas residuales orgánicas, lo que tuvo un significado histórico. Para conmemorar la destacada contribución de Fenton H J H, el Fe2+/H2O2 se denominó reactivo de Fenton y esta reacción se denominó reacción de Fenton. El reactivo de Fenton puede oxidar eficazmente y de forma no selectiva la materia orgánica, y tiene una gran capacidad oxidante. Sin embargo, el mecanismo de la reacción de Fenton no se comprende bien, y los científicos han propuesto varias hipótesis posibles. Los estadounidenses utilizaron dimetilsulfóxido (DMPO) como agente de captura de radicales y, mediante resonancia magnética nuclear, capturaron señales de radicales, proponiendo un mecanismo de radicales y fragmentos de oxidantes. Posteriormente, las investigaciones de Walling, Norman y Jefcoate, entre otros, también confirmaron esta conclusión. David R. y otros resumieron el mecanismo de la reacción de Fenton de sus predecesores (véase la Tabla 1-1). El mecanismo de reacción generalmente aceptado en la actualidad es: el peróxido de hidrógeno reacciona con los iones ferrosos para producir radicales (.OH) y aniones hidróxido (OH-), donde los radicales tienen un alto potencial electroquímico de oxidación (véase la Tabla 1.2), por lo tanto, el reactivo de Fenton en el tratamiento del agua utiliza principalmente la fuerte capacidad oxidante de los radicales. Además de los iones ferrosos, otros iones de metales de transición (como Cu2+, etc.) también pueden catalizar la descomposición del peróxido de hidrógeno en radicales e iones hidróxido.

La tecnología electro-Fenton es una de las tecnologías de tratamiento electroquímico desarrolladas sobre la base del reactivo de Fenton. El método electro-Fenton (EF) se puede dividir en dos formas. Una es la reacción de Fenton entre sales de hierro ferroso solubles y H2O2 generado en el cátodo de una solución ligeramente ácida, combinando bien la electroquímica y Fenton; los electrodos utilizados en este método son principalmente grafito, fieltro de carbono, etc.; el otro método es el método de ánodo de sacrificio, donde el electrodo metálico se disuelve como ánodo para producir Fe2+, que reacciona con H2O2 añadido externamente para llevar a cabo la reacción de Fenton, cuyo mecanismo de reacción es el siguiente:

El mecanismo de eliminación de contaminantes por la reacción electro-Fenton también es muy complejo. La opinión generalizada actual también se basa en la fuerte acción oxidante de los radicales hidroxilo. Debido a las diferentes formas del electro-Fenton, la forma en que se generan los radicales hidroxilo también es diferente, pero en la degradación de contaminantes, los investigadores generalmente creen que es similar a la acción del reactivo de Fenton, principalmente la fuerte acción oxidante de los radicales generados por la acción catódica y anódica para oxidar, descomponer y eliminar los contaminantes.

　　3 Características del método electro-Fenton

　　La tecnología electro-Fenton tiene las siguientes ventajas en comparación con la tecnología Fenton tradicional:

　　(1) Utiliza grafito, fieltro de carbono, etc., como cátodo para la reacción electroquímica. En condiciones ácidas, el oxígeno introducido en el cátodo se convierte en peróxido de hidrógeno, por lo que no es necesario añadir peróxido de hidrógeno externamente, lo que reduce los costos de tratamiento y también disminuye el peligro del peróxido de hidrógeno durante el transporte.

　　(2) Solo una parte del oxígeno introducido en el electrolito se convierte en peróxido de hidrógeno, y el resto se libera en forma de gas, lo que agita el electrolito, haciendo que la mezcla sea uniforme y previniendo el fenómeno de polarización.

　　(3) La reacción electroquímica puede proporcionar Fe2+ de forma continua. La disolución de la placa produce directamente Fe2+ o el Fe3+ recibe electrones y se reduce a Fe2+, lo que permite que el Fe2+ se recicle. El método Fenton requiere la adición de sales de hierro, lo que resulta en altos costos, gran cantidad de lodos y alta coloración y contenido de aniones en el agua tratada. El electro-Fenton no presenta este problema.

　　(4)La degradación de contaminantes por electro-Fenton, además de la acción oxidante de los radicales libres, también incluye procesos de electrocoagulación, electrooxidación, electroreducción, flotación eléctrica, o la acción combinada y sinérgica de estos procesos. Consulte específicamenteTienda de Agua Purao informaciónhttp://www.dowater.comdocumentación técnica relacionada.

　　4 Aplicación del método electro-Fenton en el tratamiento de aguas

　　Huang Y H y otros utilizaron el método electro-Fenton para tratar aguas residuales petroquímicas. Los resultados experimentales mostraron que el método electro-Fenton, que utiliza un ánodo de hierro sacrificial para proporcionar Fe2+ y H2O2 añadido externamente, tiene un alto efecto de eliminación de COD en las aguas residuales. En comparación con los efectos de tratamiento de O3, O3/H2O2, hipoclorito de sodio y el método Fenton tradicional, el efecto de eliminación electro-Fenton fue significativamente mejor que el de los otros métodos. Brillas E y otros utilizaron el método electro-Fenton para degradar anilina. Cristina Flox y otros utilizaron electro-Fenton y fotoelectro-Fenton con Pt como ánodo para tratar aguas residuales de colorante índigo. El electro-Fenton con BDD como ánodo y el fotoelectro-Fenton con la catálisis combinada de Fe2+ y Cu2+ con Pt como ánodo pudieron mineralizar completamente el colorante índigo. Marco Panizza y otros utilizaron electro-Fenton con peróxido de hidrógeno generado en el cátodo para degradar colorantes sintéticos, y estudiaron la influencia de varios factores en el efecto de degradación. Zhou M H y otros utilizaron el método electro-Fenton para tratar rojo de metilo, utilizando PTFE como cátodo, y estudiaron la influencia de la concentración de electrolito Na2SO4, pH, concentración de iones ferrosos y concentración de contaminantes en la eliminación de rojo de metilo. Los resultados mostraron que la degradación del rojo de metilo se dividió en dos etapas, y la velocidad de degradación en la segunda etapa fue más lenta que en la primera. Zhang H y otros utilizaron electro-Fenton para eliminar el COD de vertederos, y estudiaron la influencia del tiempo de reacción, la distancia entre placas, la densidad de corriente y la relación molar H2O2/Fe2+ en la degradación. Los resultados mostraron que el electro-Fenton puede degradar eficazmente la materia orgánica en el lixiviado de vertedero, y no solo es eficiente sino también más económico que el Fenton ordinario. Brillas E y otros estudiaron el herbicida 3,6-dicloro-2-metoxibenzoico mediante oxidación anódica, electro-Fenton y fotoelectro-Fenton. Zhao X y otros utilizaron tecnologías de electrocoagulación y electro-Fenton para degradar aguas residuales de placas de circuito impreso. Zhao X y otros utilizaron tecnologías de electrocoagulación y electro-Fenton para eliminar arsénico, utilizando placas DSA y de hierro como placas. El arsénico en la placa DSA se oxidó y luego se eliminó mediante precipitación por coagulación. Se estudió la influencia de los iones coexistentes en la eliminación de arsénico, y se encontró que los iones Ca y Mg promovían la eliminación de arsénico, mientras que los iones Cl-, CO32-, PO43- inhibían la eliminación de arsénico. Boye B y otros utilizaron oxidación anódica, electro-Fenton, fotoelectro-Fenton y otros métodos para degradar el herbicida 2,4,5-T. Panizza M y otros utilizaron el método electro-Fenton para degradar aguas residuales industriales orgánicas de ácido naftalensulfónico y ácido antraquinonsulfónico. Lian Yu y otros utilizaron el método de oxidación electro-Fenton para tratar aguas residuales simuladas de naranja ácida II. El método de oxidación electro-Fenton pudo descomponer eficientemente el enlace azo y el anillo de naftaleno en la estructura molecular de la naranja ácida II, mejorando la biodegradabilidad de las aguas residuales.