펜톤 반응탑

제1장 서론

고급 산화기술(Advanced Oxidation Processes)은 대량의 • OH 자유기 과정을 생성할 수 있으며, 고활성 자유기를 이용하여 대분자 유기물을 공격하고 반응함으로써 유제 분자 구조를 파괴하여 산화제거 유기물의 목적을 달성하고 효율적인 산소처리를 실현할 수 있다고 정의한다.
펜톤법은 히드록시 유기화합물을 함유한 폐수를 처리할 때 뚜렷한 선택성이 있다.히드록시 대체기 유형, 히드록시 수량, 히드록시 대체 위치, 메인 체인의 길이 및 메인 체인의 포화도는 Fenton법 처리 효과에 모두 다른 정도의 영향을 미친다.실험 결과 일원 페놀 히드록시는 펜톤 반응에 촉진 작용을 하고, 일원 알코올 히드록시는 강한 억제 작용을 하는 것으로 나타났다.탄소 원자 수가 같고 히드록시 기수가 동시에 히드록시 수량의 증가에 따라 Fenton 반응에 미치는 영향이 점차 감소할 때;포화 일원알코올의 주체인 탄소 원자 개수가 많을수록 펜톤 반응에 대한 억제 작용이 뚜렷해진다;메인 체인의 불포화도가 Fenton 반응에 미치는 영향도 다르다. 지방족 불포화 히드록시 화합물의 Fenton법은 처리 효과가 매우 낮고 벤젠 고리류 히드록시 화합물에 좋은 산화 처리 효과가 있다.체인 길이와 알코올 히드록시 개수가 모두 같지 않으며, 메인 체인의 증가와 히드록시 수량의 증가에 따라 펜톤 반응에 대한 억제 작용이 감소하여 좋은 산화 강하 효과를 나타낸다.서로 다른 체계에서의 히드록시자유기 발생량은 바탕물이 펜톤 시약에 대한 억제 효과와 억제 정도를 직접 판단하는 데 사용할 수 있다.펄스식 가온은 실온에서 펜톤 시약의 산화 효과를 촉진하는 작용을 하며, 가열 빈도가 클수록 효과가 뚜렷하다.

제2장 펜턴의 원리

펜톤이 펜톤 시약을 발견했을 때 과산화수소와 2가철이온이 반응하여 도대체 어떤 산화제가 이렇게 강한 산화능력을 가지고있는지 아직 분명하지 않다.20여년이 지난후 어떤 사람은 반응에서 경기자유기가 산생되였을수도 있다고 가정하였다. 왜냐하면 H2O2는 촉매제 Fe3+(Fe2+)의 존재하에 강한 산화능력과 높은 전기음성이나 친전자성(전자친화능력 569.3KJ를 가진 경기자유기(·OH)를 고효률적으로 분해하여 생성할수 있기때문이다. · OH는 수체의 유기오염물을 산화하여 최종적으로 C02, H20 소형물질 및 염분자 등으로 광화시킬수 있다.pH=4의 용액 중 -OH의 산화 전위는 2.73V에 달하며, 그 산화 능력은 용액 중 불산 다음으로 높다.그러므로 일반적인 시약은 지구성유기물, 특히 방향류화합물 및 일부 잡환류화합물을 산화시키기 어려우며 펜톤시약은 그중의 절대다수를 선택없이 산화분해할수 있다.
펜톤 시약의 반응 메커니즘에 관하여, 한 연구에서는 Fe2+, Fe3+, H202, OH, HO2, 및 02-와 같은 무기물 간의 반응으로 간주하는데, 이는 일반적인 펜톤 반응 체계에 모두 존재한다.이 부분의 반응의 기리연구는 주로 화학포획제와 선진적인 분석기구를 통해 완성되는데 연구는 주로 9기의 자유기나 알킬산소자유기 위주의 산화물종을 산생할것인가, 아니면 철을 중심으로 하는 고가의 순간적산화물종을 산생할것인가에 집중되여있다.최근 몇 년 동안 연구자들은 비타가 HO2 · 자유기 포획에 자유기의 포획제로 사용될 수 있다는 것을 발견했다.이와 동시에 -OH자유기의 경쟁반응은 HO2 · 자유기에 대한 포획에 영향을 주지 않는다.이런 발견에 근거하여 연구원들은 고에네르기의 자유기와 산화제의 생성기리를 제기하였는데 이는 펜튼반응이 비교적 성숙된 기리론단이기도 하다.그러나 지금까지도 철이 산화한 후 반응에 존재하는 형태 등에 대해 연구해야 할 문제가 많다.이 현상에 대해 일부 학자들은 많은 중간과정을 제기하였는데 귀납하면 주로 몇가지가 있다. pH값이 2.514.5사이일 때 저농도의 Fe2+는 주로 Fe (OH) (H20) 52+의 형식으로 존재하는데 이 반응의 발생은 H2O2가 Fe2+의 첫 번째 배위체에서 배위교환이 발생한후 체내의 2전자의 전이반응이 발생하여 Fe의 복합물을 생성하는것이다.Fe(oH)3(H2O)4+중간체는 계속 반응하고 생성·OH, Fe(oH)(H2O)52+는 H2O2와 계속 반응해 Fe2+를 순환시킨다.

제3장 펜턴 산화탑

최근 몇 년 동안 우리 회사는 펜턴과 유기물 및 그 중간 산물 사이의 반응 법칙을 연구하는 데 주력했습니다.서로 다른 유기물에 대한 펜턴의 동력학을 연구하고 서로 다른 동력학 모형을 세웠다.이런 연구는 우리 스펜턴 산화 기술의 성숙을 촉진시켰다.우리 회사는 펜톤 산화탑 설비를 개발했다.이 설비는 시안화물, 페놀류, 염료 폐수, 염료 중간체 또는 염료 보조제 폐수, 농약 (포스핀) 폐수, 코크스 폐수, 쓰레기 여과액 등 분해가 어려운 유기 폐수를 대부분 처리할 수 있다.
여기에서 우리 회사가 펜톤산화탑으로 분해하기 어려운 클로로페놀페수에 대한 연구를 례로 들어보자.우리 스펜튼산화클로로페놀의 반응특징은 주로 pH, H202, Fe2+가 반응에 미치는 영향을 연구한다.연구에서 산성이 너무 강하고 용액의 H + 농도가 너무 높으면 과산화수소가 H3O 2 + 로 안정적으로 존재하고 유기물이 강한 산성 환경에서 쉽게 분해되지 않아 Fe3 + 가 Fe 2 + 로 원활하게 환원되지 않아 촉매 반응이 막힌 것으로 나타났다.실험은 반응이 자유 Fe2+ 농도의 영향을 받아 Fe2+가 · OH를 생성하는 핵심 요소라는 것을 증명했다.핀톤에 의해 분해된 소분자 유기물의 일부는 분해를 가속화하고 다른 일부는 Fe2 + 와 안정적인 화합물을 형성하여 더 이상 분해되기 어려우며 H + 가 존재하는 한 유기물의 분해 반응은 계속됩니다.실험 결과에서 pH = 2-4가 나왔을 때, 유기물의 분해 속도는 불과 몇 분 안에 발생했는데, 이 분해 속도는 클로로페놀 농도에 비해 일급 반응이며, 그것의 반응 속도 상수는 Fe 2 + 와 H202의 초기 농도에 정비례한다.실험에서 반응이 중간 유기산물의 영향을 매우 많이 받는다는 것을 발견했기 때문에 동력학의 연구는 중간 산물의 영향을 고려해야 한다.우리 회사 기술자는 간니트로페닐아민의 동력학에 대해 연구를 진행하여 각각 H202 농도, Fe2+ 농도, pH 값, 온도의 시간에 따른 변화를 고찰하였다.이 연구는 일원 선형 회귀 방법으로 산화 강하 시간에 따라 니트로페닐아민의 잔여 농도가 반응 시간의 상관성에 대해 정량 분석한 결과, 니트로페닐아민의 산화 강하가 1급 동력학의 패턴에 부합한다는 것을 발견하고 이 반응의 표관속도 상수와 활성화 에너지를 얻었다.자외선 스펙트럼을 이용하여 기리에 대한 연구에서 니트로페닐아민의 촉매 산화 과정 중의 주요 중간 산물은 펜틸렌산이어야 한다는 것을 발견하였다.경기자유기와 간니트로페닐아민의 반응속도 상수가 유기산의 반응속도 상수보다 크기 때문에 화학동력학 이론에 따르면 핀톤 시약의 촉매 분해 반응에서 투입된 핀톤 시약의 용량이 간니트로페닐아민을 완전히 산화시키지 못할 때 간니트로페닐아민은 우선 산화 분해 제거되어 분해 반응이 산산 단계에서 종료될 수 있다.따라서 실제 난분해 산업 폐수 처리에서는 필요에 따라 펜톤 시약 산화법을 인터니트로페닐아민 등 난분해 폐수의 사전 처리 방법으로 사용하여 후속 생화학 처리에 좋은 반응 조건을 제공할 수 있다.그러나 펜턴 시약 투여량이 많을 때 중간 산물인 유기산을 더 분해해 이산화탄소와 물로 분해될 때까지 소분자 화합물을 생성할 수 있다.펜톤 시약과 유기물 반응의 동력학을 연구하면 펜톤 시약에서 유기물의 반응 과정을 파악하고 적절한 반응 체류 시간과 반응의 급수와 속도 상수를 찾아 당사 펜톤 산화탑 설비의 처리 효과에 튼튼한 근거와 경험을 제공할 수 있다.

제4장 펜턴 산화탑의 장점

(1).펜톤 체계가 생성하는 중간상태 활성종인 히드록시자유기(·OH)는 다른 산화제에 비해 산화전극 전위가 높다.즉 더욱 강한 산화능력, 시약은 독성이 없고 균상체계는 품질전송의 저해가 없으며 조작이 간단하고 투자가 적다.
(2) 펜톤체계에서 산생된 중간상태의 활성종인 히드록시자유기 (·OH) 는 아주 강한 산화제로서 그 산화전극전위 (E) 는 2.80V로서 이미 알려진 산화제가운데서 F2에 버금간다.
(3) 펜턴체계에서 발생하는 중간상태의 활성종인 히드록시자유기(·OH)는 비교적 높은 전기음성이나 전자친화에너지(569.3kj)를 가지고 있어 고전자운밀도점을 공격하기 쉬우며 동시에 히드록시자유기의 공격은 일정한 선택성을 가진다.
(4) 펜톤체계에서 산생된 중간상태활성종 히드록시자유기 (· OH) 는 또 가성작용을 하는데 탄소탄소이중키가 존재할 때 공격당한 분자가 고도로 활발한 탄소수소키를 가지지 않는 한 가성반응이 발생한다.