Reacció de Fenton

La reacció de Fenton (cridada aixina pel seu descobridor en 1894, H.J.H. Fenton) és un procés d'oxidació alvançada en el qual es produïxen radicals altament reactius del hidroxilo (OH·). Açò es fa en condicions d'ambient àcit, en pressió i temperatura d'ambient, usant peròxit d'hidrogen (H₂O₂) que esta catalizado en metals de transició, generalment ferro. La reacció s'aplica per al tractament efectiu d'aigües residuals. Hi ha diferents funcionament, entre ells el Fenton convencional o ‘dark’ Fenton i el Photo-Fenton en cual s'aplica una fase en radiació ultravioleta.

Funcionament

Hi ha cinc fòrmules bàsiques que expliquen la Reacció de Fenton. Les dos primeres són les dos fòrmules principals i més importants. La primera descriu cóm es produïx un radical hidroxilo i un ion de hidroxilo mentres el ferro es oxida. La segona fòrmula descriu la recuperació de ferro usant el mateix peròxit d'hidrogen i produint un radical. La primera reacció és molt més ràpida que la segona com es pot vore en les constants de velocitat (k) de la reacció (quant més gran la constant, més ràpida la reacció) aixina que la segona reacció és la que llimita la reacció. En les fòrmules 3 a 5 es descriu un procés adicional al de la fòrmula 2 en el qual el ferro oxidado està reduït usant radicals orgànics. Cal afegir que el procés de Fenton sembla ser senzill pero els científics encara no estan totalment segurs de cóm funciona, açò és una explicació comuna.

1: $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\phantom{A}}^{+}\text{H2O2}⟶\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{H}{\mathrm{O}}^{\mathrm{.}}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{H}{\mathrm{O}}^{\text{-}}$ $k=76Lmo{l}^{-1}{s}^{-1}$

2: $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\phantom{A}}^{+}\text{H2O2}⟶\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{H}\mathrm{O}{\mathrm{2}}^{\mathrm{.}}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{H}{\mathrm{O}}^{\mathrm{+}}$ $k=0.01Lmo{l}^{-1}{s}^{-1}$

3: $\text{RH}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{H}{\mathrm{O}}^{\mathrm{.}}⟶{\mathrm{R}}^{\mathrm{.}}{\phantom{A}}^{+}\text{H2O}$

4: ${\mathrm{R}}^{\mathrm{.}}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}⟶\text{R+}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$

5: $\text{R+}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{H}{\mathrm{O}}^{\text{-}}⟶\text{R}-\text{OH}$

La reacció de Fenton funciona millor a un pH menor de 3 perque a este nivell el ferro funciona millor com a catalític i a nivells superiors el ferro escomença a precipitar com a Fe(OH)₃.

El radical de hidroxilo té una alta capacitat oxidativa (2.80 V) i pot trencar fàcilment enllaços de molècules. Esta capacitat oxidativa és més elevada que la de molts atres oxidants com a clor, oxigen o peròxit d'hidrogen i li facilita a degradar molts composts orgànics i inorgànics. La degradació pot aplegar fins que els materials orgànics siguen organicisme.

Reactor

Per al tractament d'aigües residuals en el procés de Fenton no fa falta una determinada pressió ni una temperatura elevada, es fa a condicions d'ambient. En l'image 1 es pot vore cóm funciona el tractament d'aigües residuals aplicant el procés de Fenton. En passos seguits s'omplin diferents Reactors Batch. El primer reactor s'ompli en l'aigua que cal tractar, peròxit d'hidrogen (l'estequiomètrica molar entre H₂O₂ i el substrat deu oscilar entre 2 i 10), sulfat ferroso i un agent per a controlar el pH (menor de 3). Despuix de la reacció esta aigua es va al segon tanc a on es fa la neutralisació del pH en un agent alcalino i despuix va al tercer reactor a on es fa la floculació. Com a últim pas l'aigua es filtra i ix del sistema més net.

Procés fenton