[发明专利]三价铁离子还原方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种还原剂制备方法和氧化还原方法，尤其是涉及一种高化合价金属离子还原为低化合价金属离子的方法，应用于生物质资源化利用、金属离子再生和有机废水的氧化处理技术领域。

背景技术

Fenton反应具有速度快、条件温和、操作简单方便、反应高效、可产生絮凝，以及适用范围广等优点，适于难生物降解或一般化学氧化难奏效的有机废水的氧化处理。在酸性条件下，H₂O₂通过Fe²⁺的催化作用可以生成具有很强氧化能力的羟基自由基·OH，继而引发一系列自由基反应，使有机物和一些还原性物质较快氧化。其主要的反应过程如下：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH                 (1)

Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+H⁺+HO₂·                 (2)

Fe²⁺+·OH→Fe³⁺+OH^-                      (3)

H₂O₂+·OH→H₂O+ HO₂·                    (4)

Fe²⁺+HO₂·→Fe³⁺+HO₂^-                     (5)

Fe³⁺+HO₂·→Fe²⁺+H⁺+O₂                    (6)

整个Fenton体系反应比较复杂，关键在于H₂O₂在Fe²⁺的催化作用和传递过程中发生链式反应直至耗尽。由于式(2)式(6)的反应速率相对较慢，造成反应过程中Fe²⁺大量流失，影响到待降解有机物的矿化程度和H₂O₂的利用率。

为保证Fe²⁺浓度，使之在反应中持续催化H₂O₂，相关学者在传统Fenton反应的基础上进行了两方面改进。一种是引入紫外线照射的光-Fenton法，Fe³⁺与水中的OH复合离子可直接产生羟基自由基·OH和Fe²⁺，后者继续与H₂O₂反应生成·OH，紫外线和Fe²⁺对于催化H₂O₂产生了协同效应；另一种是增加电化学装置的电- Fenton法，通过外加电流的作用将Fe³⁺还原为Fe²⁺。虽然二者在克服传统Fenton反应Fe³⁺向Fe²⁺转化率过低，提高H₂O₂的利用率和整体反应速率等方面有积极作用，但辅助装置的高成本、较高的能耗和较低的光电利用率是制约其规模化应用的限制因素。因此，寻找一种高效廉价的Fe³⁺还原方法具有重要的现实意义。

近年来，生物炭材料作为生物质资源综合利用的一条途径，由于其显著的环境和社会效益，引起了世界范围内的广泛兴趣和关注。其发达的孔隙结构、较好的环境稳定性在保持土壤水分、养分，吸附有机物、重金属等污染物方面作用显著。现有的科学实验研究主要集中在将生物炭作为一种吸附材料解决相应环境问题，而其还原特性鲜有报道。

发明内容

为了解决传统Fenton反应Fe³⁺向Fe²⁺转化率过低的技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种三价铁离子还原方法，开发一种简单、廉价、高效的Fe³⁺还原再生Fe²⁺方法，同时实现对废弃生物质的资源化利用，实现环境污染减量，具有较为广阔的规模化和产业化空间，应用前景广阔。