Traitement des eaux usées de galvanoplastie par électro-Fenton

0 Introduction à la méthode électro-Fenton

　　Le concept de technologies d'oxydation avancée a été proposé pour la première fois par Glaze et al. en 1987, marqué par la production de radicaux hydroxyles (·OH). Les technologies d'oxydation avancée (AOPs) basées sur la réaction de Fenton, développées ces dernières années, comprennent principalement la méthode de Fenton et la méthode de type Fenton. La réaction de Fenton traditionnelle ne permet pas le recyclage du fer, a une plage de pH étroite (optimale 2,0-3,5), les ions fer eux-mêmes piègent les radicaux libres, et l'efficacité d'utilisation du peroxyde d'hydrogène est faible, ce qui limite son application dans le traitement de l'eau. Étant donné la courte durée de vie des radicaux hydroxyles, leur effet de traitement est souvent renforcé par l'aide de conditions externes, telles que les rayons ultraviolets, les champs électriques, etc., afin d'élargir leur application dans le traitement de l'eau, notamment la méthode photo-Fenton, la méthode électro-Fenton, la méthode photo-électro-Fenton, l'ultraviolet-Fenton, etc. Parmi ceux-ci, la méthode électro-Fenton, en plus de posséder toutes les propriétés des méthodes électrochimiques, peut également utiliser la forte oxydation des radicaux hydroxyles, devenant progressivement la principale direction de développement des réactifs de Fenton et la direction principale de la technologie électrochimique.

　　2 Principe de la méthode de Fenton

En 1894, le scientifique français Fenton H J H a découvert que les ions ferreux et le peroxyde d'hydrogène pouvaient dégrader efficacement l'acide tartrique en conditions acides. Avec l'aggravation de la pollution organique, cette méthode a ouvert une nouvelle voie pour le traitement des eaux usées organiques, revêtant une importance historique. Afin de commémorer l'excellente contribution de Fenton H J H, le système Fe2+/H2O2 a été nommé réactif de Fenton, et cette réaction a été appelée réaction de Fenton. Le réactif de Fenton peut oxyder efficacement et sans sélectivité les matières organiques, possédant une très forte oxydabilité. Cependant, le mécanisme de la réaction de Fenton n'étant pas bien compris, les scientifiques ont proposé diverses hypothèses. Des chercheurs américains ont utilisé le diméthylsulfoxyde (DMPO) comme agent piégeur de radicaux libres et, par résonance magnétique nucléaire, ont capturé le signal des radicaux libres, proposant un mécanisme impliquant des radicaux libres et des fragments d'oxydant. Par la suite, les recherches de Walling, Norman et Jefcoate ont également confirmé cette conclusion. David R. et al. ont résumé les mécanismes antérieurs de la réaction de Fenton (voir Tableau 1-1). Le mécanisme réactionnel actuellement généralement accepté est le suivant : le peroxyde d'hydrogène réagit avec les ions ferreux pour former des radicaux libres (.OH) et des ions hydroxyde (OH-), les radicaux libres ayant un potentiel d'électrode d'oxydation très élevé (voir Tableau 1.2). Par conséquent, le réactif de Fenton utilise principalement la forte oxydabilité des radicaux libres dans le traitement de l'eau. Outre les ions ferreux, d'autres ions de métaux de transition (tels que Cu2+) peuvent également catalyser la décomposition du peroxyde d'hydrogène en radicaux libres et ions hydroxyde.

La technologie électro-Fenton est une technologie de traitement électrochimique développée sur la base du réactif de Fenton. La méthode électro-Fenton (EF) peut être divisée en deux formes. L'une est la réaction de Fenton entre le sel de fer ferreux soluble et le H2O2 généré à la cathode en solution légèrement acide, combinant efficacement l'électrochimie et Fenton. Les électrodes utilisées dans cette méthode sont principalement le graphite, le feutre de carbone, etc. L'autre méthode est la méthode de l'anode sacrificielle, où l'électrode métallique agit comme anode pour dissoudre le Fe2+, qui réagit avec le H2O2 ajouté extérieurement pour effectuer la réaction de Fenton, dont le mécanisme de réaction est le suivant :

Le mécanisme d'élimination des polluants par la réaction électro-Fenton est également très complexe. L'opinion généralement acceptée est qu'elle est basée sur la forte action oxydante des radicaux hydroxyles. En raison des différentes formes de l'électro-Fenton, les manières de générer des radicaux hydroxyles sont également différentes. Cependant, dans la dégradation des polluants, les chercheurs pensent généralement que c'est similaire à l'action du réactif de Fenton, principalement l'oxydation et la décomposition des polluants par la forte action oxydante des radicaux générés par l'action des cathodes et des anodes.

　　3 Caractéristiques de la méthode électro-Fenton

　　La technologie électro-Fenton présente les avantages suivants par rapport à la technologie de Fenton traditionnelle :

　　(1) Utilisation de graphite, de feutre de carbone, etc. comme cathode pour la réaction électrochimique. Dans des conditions acides, l'oxygène introduit dans la cathode est converti en peroxyde d'hydrogène. Par conséquent, le peroxyde d'hydrogène n'a pas besoin d'être ajouté extérieurement, ce qui réduit les coûts de traitement et diminue également les dangers liés au transport du peroxyde d'hydrogène.

　　(2) Seule une partie de l'oxygène introduit dans l'électrolyte est convertie en peroxyde d'hydrogène, le reste étant libéré sous forme gazeuse. Cela a pour effet de remuer l'électrolyte, assurant un mélange homogène et prévenant le phénomène de polarisation.

　　(3) La réaction électrochimique peut fournir du Fe2+ en continu. La dissolution de la plaque produit directement du Fe2+ ou le Fe3+ est réduit en Fe2+ en recevant des électrons, ce qui permet une réutilisation cyclique du Fe2+. La méthode Fenton nécessite l'ajout de sels de fer, ce qui entraîne des coûts élevés et une grande quantité de boues. L'eau traitée présente une couleur élevée et une teneur élevée en anions, ce qui n'est pas le cas avec l'électro-Fenton.

　　(4) La dégradation électro-Fenton des polluants implique, outre l'action oxydante des radicaux libres, des processus tels que la coagulation électrique, l'oxydation électrique, la réduction électrique, la flottation électrique, ou une combinaison synergique de ces processus. Voir spécifiquementBoutique d'eaux uséesou des informationshttp://www.dowater.compour plus de documents techniques connexes.

　　4 Application de la méthode électro-Fenton dans le traitement de l'eau

Huang Y H et al. ont utilisé la méthode électro-Fenton pour traiter les eaux usées pétrochimiques. Les résultats expérimentaux ont montré que la méthode électro-Fenton, utilisant une anode de fer sacrificielle pour fournir du Fe2+ et du H2O2 ajouté extérieurement, avait un effet élevé sur l'élimination du COD des eaux usées. Comparée aux méthodes O3, O3/H2O2, hypochlorite de sodium et Fenton traditionnelle, l'électro-Fenton a montré une efficacité d'élimination nettement meilleure que les autres méthodes. Brillas E et al. ont utilisé la méthode électro-Fenton pour dégrader l'aniline. Cristina Flox et al. ont utilisé l'électro-Fenton et la photoélectro-Fenton avec du Pt comme anode pour traiter les eaux usées de colorant indigo. L'électro-Fenton utilisant du BDD comme anode et la photoélectro-Fenton utilisant une catalyse combinée de Fe2+ et Cu2+ avec du Pt comme anode ont permis une minéralisation complète du colorant indigo. Marco Panizza et al. ont utilisé la méthode électro-Fenton avec production de peroxyde d'hydrogène à la cathode pour dégrader les colorants synthétiques, et ont étudié l'influence de divers facteurs sur l'effet de dégradation. Zhou M H et al. ont utilisé la méthode électro-Fenton pour traiter le rouge de méthyle, en utilisant du PTFE comme cathode, et ont étudié l'influence de la concentration d'électrolyte Na2SO4, du pH, de la concentration d'ions ferreux et de la concentration de polluants sur l'élimination du rouge de méthyle. Les résultats ont montré que la dégradation du rouge de méthyle se déroulait en deux étapes, la deuxième étape étant plus lente que la première. Zhang H et al. ont utilisé la méthode électro-Fenton pour éliminer le COD des décharges, et ont étudié l'influence du temps de réaction, de l'espacement des plaques, de la densité de courant et du rapport molaire H2O2/Fe2+ sur la dégradation. Les résultats ont montré que l'électro-Fenton pouvait dégrader efficacement la matière organique dans le lixiviat de décharge, et qu'il était non seulement plus efficace que le Fenton ordinaire, mais aussi plus économique. Brillas E et al. ont étudié l'acide 3,6-dichloro-2-méthoxybenzoïque herbicide par oxydation anodique, électro-Fenton et photoélectro-Fenton. Zhao X et al. ont utilisé les technologies de coagulation électrique et d'électro-Fenton pour dégrader les eaux usées des circuits imprimés. Zhao X et al. ont utilisé les technologies de coagulation électrique et d'électro-Fenton pour éliminer l'arsenic, en utilisant des plaques DSA et en fer comme électrodes. L'arsenic sur les plaques DSA était oxydé, puis éliminé par précipitation par coagulation. Ils ont étudié l'influence des ions coexistants sur l'élimination de l'arsenic et ont constaté que les ions Ca et Mg favorisaient l'élimination de l'arsenic, tandis que les ions Cl-, CO32-, PO43- inhibaient l'élimination de l'arsenic. Boye B et al. ont utilisé des méthodes telles que l'oxydation anodique, l'électro-Fenton et la photoélectro-Fenton pour dégrader l'herbicide 2,4,5-T. Panizza M et al. ont utilisé la méthode électro-Fenton pour dégrader les eaux usées industrielles organiques de naphtalènesulfonate et d'anthraquinonesulfonate. Lian Yu et al. ont utilisé la méthode d'oxydation électro-Fenton pour traiter les eaux usées simulées d'orange acide II. La méthode d'oxydation électro-Fenton pouvait décomposer efficacement la liaison azoïque et le cycle naphtalénique dans la structure moléculaire de l'orange acide II, améliorant ainsi la biodégradabilité des eaux usées.