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一、核心定义与本质 芬顿中硫酸亚铁稳定性:指Fe²⁺在反应体系中保持溶解态、不被快速氧化为Fe³⁺、不发生沉淀,持续催化H₂O₂产·OH的能力。 - 核心反应:Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + ·OH + OH⁻- 不稳定表现:Fe²⁺→Fe³⁺(失活)、Fe(OH)₃沉淀(铁泥)、催化效率骤降 二、影响稳定性的关键因素 1. pH(最核心) - 最佳区间:2.5–4.0(常用3.0–3.5)- 酸性:Fe²⁺稳定、不易沉淀、H₂O₂稳定、·OH产率高- pH>4:Fe²⁺快速氧化为Fe³⁺并生成Fe(OH)₃沉淀,完全失活- pH<2:H₂O₂分解慢、·OH少、Fe²⁺虽稳但效率低 2. 氧化环境(O₂、H₂O₂、共存离子) - O₂:空气中/曝气会氧化Fe²⁺→Fe³⁺,密封/隔氧可显著提升稳定性- H₂O₂过量:加速Fe²⁺→Fe³⁺,配比失衡是主要失活原因- 共存阴离子:- Cl⁻、CO₃²⁻、HCO₃⁻、腐殖酸:捕获·OH、络合Fe³⁺、加速Fe²⁺氧化- SO₄²⁻:一定程度抑制Fe²⁺被O₂氧化,提升稳定性 3. 温度 - 温度↑:Fe²⁺氧化速率↑、H₂O₂分解↑、稳定性↓- 常用:20–35℃,高温需控温或补加Fe²⁺ 4. 药剂形态与储存 - 七水硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O):工业常用,易受潮氧化为黄褐色Fe³⁺- 储存:密封、防潮、避光、≤25℃,开封尽快用完- 溶解:8%–10%溶液投加,严禁干投,避免局部氧化/沉淀 5. 配位/络合作用(稳定化关键) - 加入焦磷酸钠、草酸、EDTA、柠檬酸等络合剂:- 与Fe²⁺/Fe³⁺形成可溶性络合物,抑制沉淀、延缓氧化、延长催化寿命- 典型:焦磷酸钠/Fe²⁺体系,稳定性与效率显著提升 三、稳定性评价指标(常用) - Fe²⁺保留率:反应前后Fe²⁺浓度比(%)- Fe³⁺生成速率:单位时间Fe³⁺增加量- H₂O₂分解效率:Fe²⁺稳定则H₂O₂利用率高- ·OH产率:ESR检测DMPO-·OH信号强度- 铁泥生成量:沉淀量越少,稳定性越好 四、提升稳定性的工程措施 1. 精准控pH:用硫酸调至3.0–3.5,在线监测2. 优化配比:[Fe²⁺]:[H₂O₂] = 1:2–1:5(摩尔比),宁少H₂O₂勿少Fe²⁺3. 隔氧/密封:溶药、投加、反应池密封防空气进入。
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