Jump to content

Реагент Фентона

(Перенаправлено из реакции Фентона )

Реагент Фентона представляет собой раствор перекиси водорода (H 2 O 2 ) и железного катализатора (обычно сульфат железа (II) , FESO 4 ). [ 1 ] Он используется для окисления загрязняющих веществ или сточных вод в рамках передового процесса окисления . Реагент Фентона может быть использован для уничтожения органических соединений, таких как трихлорэтилен и тетрахлорэтилен (перхлорэтилен). Он был разработан в 1890 -х годах Генри Джоном Хорстманом Фентоном в качестве аналитического реагента. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Железо (II) окисляется перекисью водорода до железа (III) , образуя гидроксильный радикал и гидроксид -ион в процессе. Затем железо (III) уменьшается до железа (II) другой молекулой перекиси водорода, образуя гидропероксильный радикал и протон . Чистый эффект представляет собой диспропорционирование перекиси водорода для создания двух различных видов, радикальных кислорода, с водой (h + + Ох ) как побочный продукт. [ 5 ]

Фей 2+ + H 2 O 2 → FE 3+ + К + Ох ( 1 )
Фей 3+ + H 2 O 2 → FE 2+ + Это + H + ( 2 )
2 H 2 O 2 → HO + Это + H 2 o ( Чистая реакция: 1+2 )

генерируемые Свободные радикалы, этим процессом, участвуют во вторичных реакциях. Например, гидроксил является мощным, неселективным окислителем. [ 6 ] Окисление органического соединения реагентом Фентона является быстрым и экзотермическим и приводит к окислению загрязняющих веществ до в первую очередь углекислым газом и водой.

Reaction (1) was suggested by Haber and Weiss in the 1930s as part of what would become the Haber–Weiss reaction.[7]

Iron(II) sulfate is typically used as the iron catalyst. The exact mechanisms of the redox cycle are uncertain, and non-OH oxidizing mechanisms of organic compounds have also been suggested.[citation needed] Therefore, it may be appropriate to broadly discuss Fenton chemistry rather than a specific Fenton reaction.

In the electro-Fenton process, hydrogen peroxide is produced in situ from the electrochemical reduction of oxygen.[8]

Fenton's reagent is also used in organic synthesis for the hydroxylation of arenes in a radical substitution reaction such as the classical conversion of benzene into phenol.

C6H6 + FeSO4 + H2O2 → C6H5OH + (byproducts) (3)

An example hydroxylation reaction involves the oxidation of barbituric acid to alloxane.[9] Another application of the reagent in organic synthesis is in coupling reactions of alkanes. As an example tert-butanol is dimerized with Fenton's reagent and sulfuric acid to 2,5-dimethyl-2,5-hexanediol.[10] Fenton's reagent is also widely used in the field of environmental science for water purification and soil remediation. Various hazardous wastewater were reported to be effectively degraded through Fenton's reagent.[11]

Effect of pH on formation of free radicals

[edit]

pH affects the reaction rate due to a variety of reasons. At a low pH, complexation of Fe2+ also occurs, leading to lower availability of Fe2+ to form reactive oxidative species (OH).[12] Lower pH also results in the scavenging of OH by excess H+,[13] hence reducing its reaction rate. Whereas at high pH, the reaction slows down due to precipitation of Fe(OH)3, lowering the concentration of the Fe3+ species in solution.[11] Solubility of iron species is directly governed by the solution's pH. Fe3+ is about 100 times less soluble than Fe2+ in natural water at near-neutral pH, the ferric ion concentration is the limiting factor for the reaction rate. Under high pH conditions, the stability of the H2O2 is also affected, resulting in its self-decomposition.[14] Higher pH also decreased the redox potential of OH thereby reducing its effectiveness.[15] pH plays a crucial role in the formation of free radicals and hence the reaction performance. Thus ongoing research has been done to optimize pH and amongst other parameters for greater reaction rates.[16]

Impacts of operation pH on reaction rate
Low pH Formation of [Fe(H2O)6]2+ complex, hence reducing Fe2+ for radical generation
Scavenging of OH by excess H+
High pH Lower redox potential of OH
Self-decomposition of H2O2 due to decreased stability at high pH
Precipitation of Fe(OH)3 species in solution

Biomedical implications

[edit]

The Fenton reaction has different implications in biology because it involves the formation of free radicals by chemical species naturally present in the cell under in vivo conditions.[17] Transition-metal ions such as iron and copper can donate or accept free electrons via intracellular reactions and so contribute to the formation, or at the contrary to the scavenging, of free radicals. Superoxide ions and transition metals act in a synergistic way in the appearance of free radical damages.[18] Therefore, although the clinical significance is still unclear, it is one of the viable reasons to avoid iron supplementation in patients with active infections, whereas other reasons include iron-mediated infections.[19]

Applications

[edit]

Fenton's reagent is used as a sewage treatment agent.[20]

Fenton's reagent can be used in different chemical processes that supply hydroxyl ion or oxidize certain compounds:[citation needed]

Fenton-like reagent

[edit]

Mixtures of Fe2+ and H2O2 are called Fenton reagent. If Fe2+ is replaced by Fe3+, it is called Fenton-like reagent.

Numerous transition metal ions and their complexes in their lower oxidation states (LmMn+) were found to have the oxidative features of the Fenton reagent, and, therefore, the mixtures of these metal compounds with H2O2 were named "Fenton-like" reagents.[21]

See also

[edit]

References

[edit]
  1. ^ Hemond, Harold (2015). Chemical Fate and Transport in the Environment (3rd ed.). Elsevier. p. 287. ISBN 9780123982568.
  2. ^ Koppenol, W. H. (1 December 1993). "The centennial of the Fenton reaction". Free Radical Biology and Medicine. 15 (6): 645–651. doi:10.1016/0891-5849(93)90168-t. PMID 8138191.
  3. ^ Fenton, H. J. H. (1894). "Oxidation of tartaric acid in presence of iron". Journal of the Chemical Society, Transactions. 65 (65): 899–911. doi:10.1039/ct8946500899.
  4. ^ Hayyan, M.; Hashim, M. A.; Al Nashef, I. M. (2016). "Superoxide ion: Generation and chemical implications". Chemical Reviews. 116 (5): 3029–3085. doi:10.1021/acs.chemrev.5b00407. PMID 26875845.
  5. ^ Tang, Zhongmin; Zhao, Peiran; Wang, Han; Liu, Yanyan; Bu, Wenbo (2021). "Biomedicine Meets Fenton Chemistry". Chemical Reviews. 121 (4): 1981–2019. doi:10.1021/acs.chemrev.0c00977. PMID 33492935. S2CID 231712587.
  6. ^ Cai, Q.Q.; Jothinathan, L.; Deng, S.H.; Ong, S.L.; Ng, H.Y.; Hu, J.Y. (2021). "Fenton- and ozone-based AOP processes for industrial effluent treatment". Advanced Oxidation Processes for Effluent Treatment Plants. pp. 199–254. doi:10.1016/b978-0-12-821011-6.00011-6. ISBN 978-0-12-821011-6. S2CID 224976088.
  7. ^ Haber, F.; Weiss, J. (1932). "Über die katalyse des hydroperoxydes" [On the catalysis of hydroperoxides]. Naturwissenschaften. 20 (51): 948–950. Bibcode:1932NW.....20..948H. doi:10.1007/BF01504715. S2CID 40200383.
  8. ^ Casado, Juan; Fornaguera, Jordi; Galan, Maria I. (January 2005). "Mineralization of aromatics in water by sunlight-assisted electro-Fenton technology in a pilot reactor". Environmental Science and Technology. 39 (6): 1843–1847. Bibcode:2005EnST...39.1843C. doi:10.1021/es0498787. PMID 15819245.
  9. ^ Brömme, H. J.; Mörke, W.; Peschke, E. (November 2002). "Transformation of barbituric acid into alloxan by hydroxyl radicals: interaction with melatonin and with other hydroxyl radical scavengers". Journal of Pineal Research. 33 (4): 239–247. doi:10.1034/j.1600-079X.2002.02936.x. PMID 12390507. S2CID 30242100.
  10. ^ Jenner, E. L. (1973). "α,α,α′,α′-Tetramethyltetramethylene glycol". Organic Syntheses; Collected Volumes, vol. 5, p. 1026.
  11. ^ Jump up to: a b Cai, Q. Q.; Lee, B. C. Y.; Ong, S. L.; Hu, J. Y. (15 February 2021). "Fluidized-bed Fenton technologies for recalcitrant industrial wastewater treatment–Recent advances, challenges and perspective". Water Research. 190: 116692. Bibcode:2021WatRe.19016692C. doi:10.1016/j.watres.2020.116692. PMID 33279748. S2CID 227523802.
  12. ^ Xu, Xiang-Rong; Li, Xiao-Yan; Li, Xiang-Zhong; Li, Hua-Bin (5 August 2009). "Degradation of melatonin by UV, UV/H2O2, Fe2+/H2O2 and UV/Fe2+/H2O2 processes". Separation and Purification Technology. 68 (2): 261–266. doi:10.1016/j.seppur.2009.05.013.
  13. ^ Tang, W. Z.; Huang, C. P. (1 December 1996). "2,4-Dichlorophenol Oxidation Kinetics by Fenton's Reagent". Environmental Technology. 17 (12): 1371–1378. Bibcode:1996EnvTe..17.1371T. doi:10.1080/09593330.1996.9618465.
  14. ^ Szpyrkowicz, Lidia; Juzzolino, Claudia; Kaul, Santosh N (1 June 2001). "A Comparative study on oxidation of disperse dyes by electrochemical process, ozone, hypochlorite and fenton reagent". Water Research. 35 (9): 2129–2136. Bibcode:2001WatRe..35.2129S. doi:10.1016/s0043-1354(00)00487-5. PMID 11358291.
  15. ^ Velichkova, Filipa; Delmas, Henri; Julcour, Carine; Koumanova, Bogdana (2017). "Heterogeneous fenton and photo-fenton oxidation for paracetamol removal using iron containing ZSM-5 zeolite as catalyst" (PDF). AIChE Journal. 63 (2): 669–679. Bibcode:2017AIChE..63..669V. doi:10.1002/aic.15369.
  16. ^ Cai, Qinqing; Lee, Brandon Chuan Yee; Ong, Say Leong; Hu, Jiangyong (9 April 2021). "Application of a Multiobjective Artificial Neural Network (ANN) in Industrial Reverse Osmosis Concentrate Treatment with a Fluidized Bed Fenton Process: Performance Prediction and Process Optimization". ACS ES&T Water. 1 (4): 847–858. doi:10.1021/acsestwater.0c00192. S2CID 234110033.
  17. ^ Matavos-Aramyan, S.; Moussavi, M.; Matavos-Aramyan, H.; Roozkhosh, S. (2017). "Cryptosporidium-contaminated water disinfection by a novel Fenton process". Free Radical Biology and Medicine. 106: 158–167. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2017.02.030. PMID 28212822. S2CID 3918519.
  18. ^ Robbins; Cotran (2008). Pathologic basis of disease (7th ed.). Elsevier. p. 16. ISBN 978-0-8089-2302-2.
  19. ^ Lapointe, Marc (14 June 2004). "Iron supplementation in the intensive care unit: when, how much, and by what route?". Critical Care. 8 (2): S37-41. doi:10.1186/cc2825. PMC 3226152. PMID 15196322.
  20. ^ Chen, Yan-Jhang; Fan, Tang-Yu; Wang, Li-Pang; Cheng, Ta-Wui; Chen, Shiao-Shing; Yuan, Min-Hao; Cheng, Shikun (2020-02-18). "Application of Fenton Method for the Removal of Organic Matter in Sewage Sludge at Room Temperature". Sustainability. 12 (4): 1518. doi:10.3390/su12041518. ISSN 2071-1050.
  21. ^ Гольдштейн, с.; Мейерштейн, Д.; Czapski, G. (октябрь 1993 г.). «Реагенты Фентона» . S Goldstein et al. Свободный Радик Биол Мед . 15 (4): 435–445. doi : 10.1016/0891-5849 (93) 90043-t . PMID   8225025 . Получено 19 ноября 2023 года .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6f9c866401383595be0d7ec8a6e3e56a__1726023000
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/6f/6a/6f9c866401383595be0d7ec8a6e3e56a.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Fenton's reagent - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)