介紹

Fenton(中文譯為芬頓)是為數(shù)不多的以人名命名的無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)之一。1893年,化學(xué)家Fenton HJ 發(fā)芬頓反應(yīng)器現(xiàn)，過(guò)氧化氫(H2O2) 與二價(jià)鐵離子的混合溶液具有強(qiáng)氧化性，可以將當(dāng)時(shí)很多已知的有機(jī)化合物如羧酸、醇、酯類(lèi)氧化為無(wú)機(jī)態(tài)，氧化效果十分顯著。但此后半個(gè)多世紀(jì)中，這種氧化性試劑卻因?yàn)檠趸?沒(méi)有被太多重視。但進(jìn)入20 世紀(jì)70 年代，芬頓試劑在環(huán)境化學(xué)中找到了它的位置，具有去除難降解有機(jī)污染物的高能力的芬頓試劑，在印染廢水、含油廢水、含酚廢水、焦化廢水、含硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水處理中體現(xiàn)了很廣泛的應(yīng)用。 當(dāng)芬頓發(fā)現(xiàn)芬頓試劑時(shí)，尚不清楚過(guò)氧化氫與二價(jià)鐵離子反應(yīng)到底生成了什么氧化劑具有如此強(qiáng)的氧化能力。二十多年后，有人假設(shè)可能反應(yīng)中產(chǎn)生了羥基自由基，否則，氧化性不會(huì)有如此強(qiáng)。因此，以后人們采用了一個(gè)較廣泛引用的化學(xué)反應(yīng)方程式來(lái)描述芬頓試劑中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng):

Fe + H2O2→Fe + (OH)+OH·①

從上式可以看出，1mol的H2O2與1mol的Fe反應(yīng)后生成1mol的Fe，同時(shí)伴隨生成1mol的OH外加1mol的羥基自由基。正是羥基自由基的存在，使得芬頓試劑具有強(qiáng)的氧化能力。據(jù)計(jì)算在pH = 4 的溶液中，OH·自由基的氧化電勢(shì)高達(dá)2. 73 V。在自然界中，氧化能力在溶液中僅次于氟氣。因此，持久性有機(jī)物，特別是通常的試劑難以氧化的芳香類(lèi)化合物及一些雜環(huán)類(lèi)化合物，在芬頓試劑面前全部被無(wú)選擇氧化降解掉。1975 年,美國(guó)著名環(huán)境化學(xué)家Walling C 系統(tǒng)研究了芬頓試劑中各類(lèi)自由基的種類(lèi)及Fe 在Fenton 試劑中扮演的角色，得出如下化學(xué)反應(yīng)方程:貴陽(yáng)市芬頓反應(yīng)器長(zhǎng)期供應(yīng)

H2O2 + Fe → Fe + O2 + 2H ②貴陽(yáng)市芬頓反應(yīng)器長(zhǎng)期供應(yīng)

O2 + Fe→ Fe + O2·③

可以看出,芬頓試劑中除了產(chǎn)生1 摩爾的OH·自由基外,還伴隨著生成1 摩爾的過(guò)氧自由基O2·，但是過(guò)氧自由基的氧化電勢(shì)只有1.3 V左右，所以，在芬頓試劑中起主要氧化作用的是OH·自由基。

發(fā)展

2009年，芬頓試劑和反應(yīng)還進(jìn)入了安徽省的高考題(請(qǐng)見(jiàn)原題)，以有機(jī)污染物濃度隨時(shí)間的變化曲線表現(xiàn)芬頓反應(yīng)的降解速率受溶液溫度和pH影響的效果。開(kāi)放性的命題形式和前沿的知識(shí)情境在考查化學(xué)反應(yīng)速率的同時(shí)，更強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)探究思維、變量控制方法和科學(xué)視野拓展的需要。