Reakcja Fentona i jej modyfikacje w technologiach ochrony środowiska

• Autorzy: Mielniczek Anna

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2024.9.4

Warianty tytułu

EN

Fenton reaction and its modifications in environmental protection technologies

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Reakcja Fentona (RF) to jedna z metod pogłębionego utleniania, polegająca na wytwarzaniu rodników hydroksylowych w reakcji katalizowanego rozkładu nadtlenku wodoru (H2O2). Rodniki hydroksylowe (HO•) charakteryzują się wysokim potencjałem oksydacyjnym (2,76V) i nieselektywnym działaniem, umożliwiając utlenianie trudno biodegradowalnych związków organicznych. Z tego względu RF znalazła szerokie zastosowania w technologiach związanych z ochroną środowiska. Kluczowym aspektem wysokiej skuteczności utleniania jest zachowanie odpowiednich warunków środowiska reakcji, tj. kwasowego odczynu (pH 3-5) oraz stałej temperatury. Wzrost temperatury oraz silne zakwaszenie (pH <2) powodują utratę potencjału utleniającego, poprzez rozkład H2O2 bezpośrednio do tlenu. Z kolei wzrost odczynu środowiska reakcji powoduje wytrącanie się powstających w reakcji związków żelaza, hamując dalsze procesy utleniania. W celu zwiększenia efektywności i zakresu stosowalności RF możliwe jest wprowadzanie modyfikacji, obejmujących zastąpienie klasycznego utleniacza lub katalizatora reakcji związkami alternatywnymi lub wzbogacenie reakcji o techniki fotokatalityczne lub elektrochemiczne. W zakresie technologii środowiskowych RF jest stosowana w oczyszczaniu ścieków przemysłowych, usuwaniu zanieczyszczeń z wód gruntowych oraz w remediacji skażonych gleb Dzięki modyfikacjom, RF może być z powodzeniem stosowana w różnych warunkach środowiskowych, z wykorzystaniem metod in-situ oraz ex-situ. RF z powodzeniem stosuje się również jako proces wspomagający klasyczne metody fizycznego, chemicznego i biologicznego oczyszczania.

EN

The Fenton reaction (FR) is one of the advanced oxidation methods, which involves the production of hydroxyl radicals in the catalyzed decomposition of hydrogen peroxide (H2O2). Hydroxyl radicals (HO•) are characterized by a high oxidation potential (2.76 V) and non-selective action, enabling the oxidation of organic compounds hardly undergoing biodegradation. For this reason, FR has found wide applications in environmental protection technologies. The key aspect of high oxidation efficiency is maintaining appropriate conditions of the reaction environment, i.e. acidic reaction (pH 3-5) and constant temperature. An increase in temperature and strong acidification (pH <2) cause a loss of oxidation potential by decomposing H2O2 directly into oxygen. In turn, an increase in the pH of the reaction medium causes the precipitation of iron compounds formed in the reaction, inhibiting further oxidation processes. In order to increase the efficiency and range of applicability of FR, it is possible to introduce modifications, including replacing the classic oxidant or reaction catalyst with alternative compounds or enriching the reaction with photocatalytic or electrochemical techniques. In the field of environmental technologies, FR is used in industrial wastewater treatment, groundwater pollutants removal and in the remediation of contaminated soils. Including possible modifications, FR can be successfully used in various environmental conditions, using in-situ and ex-situ methods. FR is also successfully used as a process supporting classical methods of physical, chemical and biological treatment.

Słowa kluczowe

PL

reakcja Fentona; pogłębione utlenianie; rodniki hydroksylowe

EN

Fenton reaction; advanced oxidation; hydroxyl radicals

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2024
• Tom: Nr 9
• Strony: 26--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz.

Twórcy

autor

Mielniczek Anna

• Politechnika Wrocławska, Katedra Inżynierii Ochrony Środowiska Plac Grunwaldzki 9, 50-377 Wrocław

• https://orcid.org/0000-0002-0553-9609

Bibliografia

• [1] Barbusiński Krzysztof. 2013. "Zaawansowane utlenianie w procesach oczyszczania wybranych ścieków przemysłowych". Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• [2] Barros A. L., T. M. Pizzolato, E. Carissimi, I .A. H. Schneider. 2006. "Decolorizing dye wastewater from the agate industry with Fenton oxidation process". Minerals Engineering 19(1): 87-90. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2005.04.004
• [3] Changotra Rahil, Himadri Rajput, Amit Dhir. 2019. "Treatment of real pharmaceutical wastewater using combined approach of Fenton applications and aerobic biological treatment". Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 376: 175-184. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2019.02.029
• [4] Cristóvão Raquel O., Cristiana Gonçalves, Cidália M. Botelho, Ramiro J. E. Martins, Rui A. R. Boaventura. 2014. "Chemical oxidation of fish canning wastewater by Fenton’s reagent". Journal of Environmental Chemical Engineering 2(4): 2372-2376. https://doi.org/10.1016/j.jece.2013.12.023
• [5] Dwyer F. P., D. P. Mellor. 1964. "Chelating Agents and Metal Chelates". Academic Press, New York.
• [6] Ferrarese Elisa, Gianni Andreotolla, Irina Aura Opera. 2008. "Remediation of PAH-contaminated sediments by chemical oxidation". Journal of Hazardous Materials 152: 128-139. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.06.080
• [7] Garcia Cristina Agabo, Gassan Hodaifa. 2017. "Real olive oil mill wastewater treatment by photo-Fenton system using artificial ultraviolet light lamps". Journal of Cleaner Production 162: 743-753. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.06.088
• [8] Goi Anna, Marika Viisimaa, Marina Trapido, Rein Munter. 2011. "Polychlorinated biphenyls-containing electrical insulating oil contaminated soil treatment with calcium and magnesium peroxides". Chemosphere 82: 1196-1201. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2010.11.053
• [9] Gomes Júnior Oswaldo, Maria Gabriela B. Santos, Arlene B. S. Nossol, Maria Clara V. M. Starling, Alam G. Trovó. 2021. "Decontamination and toxicity removal of an industrial effluent containing pesticides via multistage treatment: Coagulation-flocculation-settling and photo-Fenton process". Process Safety and Environmental Protection 147: 674-683. https://doi.org/10.1016/j.psep.2020.12.021
• [10] Huang Weiwei, Fei Yang, Wenli Huang, Zhongfang Lei, Zhenya Zhang. 2020. "Enhanced methane production from anaerobic digestion of rice straw pretreated by Fe3+/CaO2 catalyzed Fenton-like process". Bioresource Technology Reports 11. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2020.100472
• [11] Iwamatsu Kazuhiro, Sara Sundin, Jay A. LaVerne. 2018. "Hydrogen peroxide kinetics in water radiolysis". Radiation Physics and Chemistry 145: 207-212. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2017.11.002
• [12] Janda Anna, Tadeusz Marcinkowski. 2019. "Możliwości modyfikacji procesu Fentona w aspekcie skuteczności utleniania trudno biodegradowalnych zanieczyszczeń organicznych". Ochrona Środowiska 41(1): 47-53.
• [13] Janda Anna, Tadeusz Marcinkowski. 2020. "Preliminary assessment of the susceptibility of selected animal waste to stabilization in the Fenton process". Environment Protection Engineering 46(4): 5-20. http://dx.doi.org/10.37190/epe200401
• [14] Jonsson Sofia, Ylva Persson, Sofia Frankki, Bert van Bavel, Staffan Lundstedt, Peter Haglund, Mats Tysklind. 2007. "Degradation of policyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in contaminated soils by Fenton’s reagent: a multivariate evaluation of the importance of soil characteristics and PAH properties'". Journal of Hazardous Materials 149: 86-96. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.03.057
• [15] Krzemińska Dorota, Ewa Neczaj, Kamila Parkitna. 2013. "Zastosowanie reakcji Fentona do wspomagania biologicznego oczyszczania ścieków z przemysłu mleczarskiego". Rocznik Ochrona Środowiska 15(1): 2381-2397.
• [16] Kuo W. G. 1992. "Decolorizing dye wastewater with Fenton's reagent". Water Research 26(7): 881-886. https://doi.org/10.1016/0043-1354(92)90192-7
• [17] Ledakowicz Stanisław, Dorota Olejnik, Jan Perkowski, Henryk Żegota. 2017. "Wykorzystanie procesów pogłębionego utleniania do rozkładu niejonowego środka powierzchniowo czynnego Triton X-114". Przemysł Chemiczny 80(10): 453-459.
• [18] Lu Shuguang, Xiang Zhang, Yunfei Xue. 2017. "Application of calcium peroxide in water and soil treatment: A review". Journal of Hazardous Materials 337: 163-177. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.04.064
• [19] Nam Kyoungphile, Wilson Rodriguez, Jerome J. Kukor. 2001. "Enhanced degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons by biodegradation combined with a modified Fenton reaction". Chemosphere 45(1): 11-20. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(01)00051-0
• [20] Neyens E., J. Baeyens. 2003. "A review of classic Fenton's peroxidation as an advanced oxidation technique". Journal of Hazardous Materials 98(1-3): 33-50. https://doi.org/10.1016/S0304-3894(02)00282-0
• [21] Northup Abraham, Daniel Cassidy. 2008. "Calcium peroxide (CaO2) for use in modified Fenton chemistry". Journal of Hazardous Materials 152(3): 1164-1170. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.07.096
• [22] Pan Yue, Hanrui Su, Yitong Zhu, Hamed Vafaei Molamahmood, Mingce Long. 2018. "CaO2 based Fenton-like reaction at neutral pH: Accelerated reduction of ferric species and production of superoxide radicals". Water Research 145: 731-740. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.09.020
• [23] Pariente Isabel M., Fernando Martinez, Juan Antonio Malero, Juan Angel botas, Theodora Velegraki, Nikolaos P. Xekoukoulotakis, Dionissios Mantzavinos. 2008. "Heterogeneous photo-Fenton oxidation of benzoic acid in water: Effect of operating conditions, reaction by-products and coupling with biological treatment". Applied Catalysis B: Environmental 85(1-2): 24-32. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2008.06.019
• [24] Pawluk Katarzyna. 2011. "Konstrukcje inżynierskie wspomagające procesy oczyszczania środowiska gruntowo-wodnego". Przegląd naukowy - Inżynieria i Kształtowanie Środowiska 53: 258-271.
• [25] Pushpalatha M., B. M. Krishna. 2017. "Electro - Fenton Process for WasteWater Treatment A Review". International Journal of Advanced Research, Ideas and Innovations in Technology 3(1): 439-451.
• [26] Smaoui Yosr, Salma Mseddi, Najla, Sami Sayadi, Jalel Bouzid. 2019. "Evaluation of influence of coagulation/flocculation and Fenton oxidation with iron on landfill leachate treatment". Environment Protection Engineering 45(1): 139-153. http://dx.doi.org/10.37190/epe190111
• [27] Usman M., P. Faure, C. Ruby, K. Hanna. 2012. "Remediation of PAH-contaminated soils by magnetite catalyzed Fenton-like oxidation". Applied Catalysis B: Environmental 117-118: 10-17. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2012.01.007
• [28] Wang Jian Long, Le Jin Xu. 2012. "Advanced Oxidation Processes for Wastewater Treatment: Formation of Hydroxyl Radical and Application". Critical Reviews in Environmental Science and Technology 42(3): 251-325. https://doi.org/10.1080/10643389.2010.507698
• [29] Wang Nannan, Tong Zheng, Guangshan Zhang, Peng Wang. 2016. "A review on Fenton-like processes for organic wastewater treatment". Journal of Environmental Chemical Engineering 4: 762-787. https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.12.016
• [30] Wang Yong, Yunkai Sun, Weiguang Li, Wende Tian, Angelidaki Irini. 2015. "High performance of nanoscaled Fe2O3 catalysing UV-Fenton under neutral condition with a low stoichiometry of H2O2: Kinetic study and mechanism". Chemical Engineering Journal 267: 1-8. https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.08.016
• [31] Xia ligang, Jing Bai, Jinhua Li, Linsen Li, Shuai Chen, Qunjie Xu, Baoxue Zhou. 2018. "High-efficient energy recovery from organics degradation for neutral wastewater treatment based on radicals catalytic reaction of Fe2+/Fe3+-EDTA complexes". Chemosphere 201: 59-65. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.02.150
• [32] Xue Yunfei, Xiaogang Gu, Shuguang Lu, Zhouwei Miao, Mark L. Brusseau, Minhui Xu, Xiaori Fu, Xiang Zhang, Zhaofu Qiu, Qian Sui. 2016. "The destruction of benzene by calcium peroxide activated with Fe(II) in water". Chemical Engineering Journal 302: 187-193. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.05.016
• [33] Zawieja Iwona, Kinga Brzeska. "Biogas production in the methane fermentation of excess sludge oxidized with Fenton's reagent". E3S Web of Conferences 116. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201911600104
• [34] Zhang Xiang, Xiaogang Gu, Shuguang Lu, Zhouwei Miao, Minhui Xu, Xiaori Fu, Muhammad Danish, Mark L. Brusseau, Zhaofu Qiu, Qian Sui. 2016. "Enhanced degradation of trichloroethene by calcium peroxide activated with Fe(III) in the presence of citric acid". Frontiers of Environmental Science & Engineering 10(3): 502-512. https://doi.org/10.1007/s11783-016-0838-x
• [35] Zhang Xiang, Xiaogang Gu, Shuguang Lu, Zhouwei Miao, Minhui Xu, Xiaori Fu, Zhaofu Qiu, Qian Sui. 2015. "Degradation of trichloroethylene in aqueous solution by calcium peroxide acctivated with ferrous ion". Journal of Hazardous Materials 284: 253-260. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.11.030
• [36] Zhang Ying, Minghua Zhou. 2019. "A critical review of the application of chelating agents to enable Fenton and Fenton-like reactions at high pH values". Journal of Hazardous Materials 362: 436-450. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.09.035

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).