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1.2 芬顿氧化技术
1.2.1 高级氧化技术概述
随着经济的发展和工业的进步，污水的排放量也不断地增加，地球上各大水系的主要水体都受到了不同程度的污染。而对地下水的开发不加节制、种种水污染对生态环境造成了严重的破坏，水污染造成的后果十分严重。因此，很多研究者致力于研究出有效的处理水环境污染的方法。高级氧化技术应运而生。
高级氧化技术，即AOPs，也被称作深度氧化技术。它的可以通过过氧化氢的分解产生羟基自由基OH•，这种自由基具有很强的氧化性，使存在于水中的一些难降解的有机污染物质分解乃至转化为无毒害的简单物质，以达到对污染物质的无害化的处理的目的。高级氧化技术是处理废水的一种十分有效的方式，早已引起国内外广大学者的关注。染料属于难以生物降解的有机物，性质稳定，一般的氧化剂难以将其完全降解。因此需要有极强的氧化剂来彻底破坏难降解染料的结构，以彻底地完成降解过程。这也使得高级高级氧化技术得以快速发展，到目前为止，高级氧化技术主要有湿式氧化法[1]、光催化氧化法[2]、电化学氧化法[3]、臭氧氧化法[4]、超临界水氧化法[5]和芬顿氧化法[6]等，其主要的氧化剂类型包括过氧化氢、臭氧、二氧化钛等。
1.2.2 芬顿氧化技术
1.2.2.1 芬顿氧化技术概述
芬顿氧化法是高级氧化技术最常用的方法之一。1884年，法国的科学家芬顿发现亚铁离子和过氧化氢的结合可以使苹果酸迅速氧化。随着进一步的实验研究证实，亚铁离子和过氧化氢的结合可以氧化各种有机物质。之后很多学者采用芬顿法来处理含难降解有机物的废水，都得到了很好的处理效果。生物法很难处理难降解、毒性强、可生化性差的有机废水，而芬顿法的处理效果却极佳。芬顿法反应设备简单、转化率高、反应条件温和、应用范围较广，得到了广大研究者的广泛关注。
1.2.2.2 芬顿氧化技术的机理
对于芬顿氧化技术机理的分析主要有两种，分别是羟基自由基机理和高化合价铁氧中间体机理。
1.2.2.2.1 羟基自由基机理
Haber和Weiss[7]提出了羟基自由基理论。这种理论认为亚铁离子的作用是催化，亚铁离子和铁离子之间的电子转移从而催化过氧化氢分解产生羟基自由基，而羟基自由基具有强氧化性，接着引发一连串的与自由基有关的反应。其反应方程式如下：
Fe2+ +H2O2→Fe3+ +OH• +OH− (1)
Fe2+ +H2O2→Fe3+ +HO2• +H+ (2)
Fe2+ +HO•→Fe3+ +OH+ (3)
HO•+H2O2→HO2•/O2•-+H2O (4)
2HO2•→H2O2 +O2 (5)
Fe3++HO2•→Fe2++H++O2 (6)
HO•+HO•→H2O2 (7)
HO•+HO2•→O2+H2O (8)
HO2•+H2O2 →O2+H2O+HO• (9)
在亚铁离子的催化下，过氧化氢裂解产生了很多的羟基自由基，参与有机物的降解反应，产生有机酸等一系列的中间性产物乃至被完全降解成简单小分子物质。其过程如下：
RH+HO•→R•+H2O (10)
R•+Fe3+→R++Fe2+ (11)
R•+O2→ROO• (12)
ROO•+RH→ROOH+R• (13)
ROOH+H+→ROH+R=O (14)
ROOH+RO•→ROH+R=O+H2O (15)
1.2.2.2.2 高化合价铁氧中间体机理