活化H2O2的芬頓/類芬頓體系的研究現(xiàn)狀

俞乙平，林少華，錢子姣

(南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210037)

隨意排放的污廢水會導(dǎo)致嚴(yán)重的水污染。傳統(tǒng)的廢水處理方法通常是先經(jīng)過生物降解法和/或物理化學(xué)法(如絮凝、氯氧化和臭氧氧化等)，再進(jìn)行過濾和吸附分離等處理，但這些傳統(tǒng)工藝方法只能處理一些簡單廢水，不適用于處理較復(fù)雜的含有毒有害有機物的廢水。

相比之下，高級氧化技術(shù)因其普遍有著高穩(wěn)定性、高降解率、無二次污染等優(yōu)點而越發(fā)受到人們的青睞[1]。它可在接近環(huán)境溫度和壓力下工作，產(chǎn)生的強氧化自由基(主要是羥基自由基HO·)能將有機污染物完全分解為CO2、H2O等無毒物質(zhì)。在過去二十年中，各種基于HO·生成的高級氧化技術(shù)已經(jīng)被廣泛發(fā)掘，并根據(jù)自由基的主要來源進(jìn)行分類，分為催化濕式氧化法、臭氧氧化法、電化學(xué)氧化法、芬頓/類芬頓法、光化學(xué)氧化法等。其中芬頓/類芬頓法是研究較早且應(yīng)用比較廣泛的高級氧化法之一，因其在廢水處理上的降解效果良好，受到了人們的廣泛青睞。

本文闡述了芬頓技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)存問題，介紹了針對這些問題所改進(jìn)的類芬頓技術(shù)。但是鐵基催化劑有許多問題還是不可避免的，所以本文進(jìn)一步重點介紹了非鐵基芬頓催化劑在應(yīng)用時的氧化還原特性、優(yōu)勢和潛在應(yīng)用領(lǐng)域。最后，分析了各非鐵基催化劑在實際應(yīng)用時的不足，并對其未來技術(shù)發(fā)展做出了展望。

1 經(jīng)典和改進(jìn)的類芬頓反應(yīng)

1.1 經(jīng)典芬頓

經(jīng)典的芬頓反應(yīng)是通過亞鐵離子(Fe2+)激活過氧化氫(H2O2)并通過一系列反應(yīng)產(chǎn)生出羥基自由基(HO·)。

但經(jīng)典芬頓法存在以下許多缺陷：(1)H2O2的儲存和運輸存在較高的成本和風(fēng)險；(2)使用的鐵離子容易形成鐵污泥，需要及時處理掉；(3)反應(yīng)在酸性pH下操作，但酸化反應(yīng)后，需要中和；(4)對反應(yīng)設(shè)備要求高，限制了其在實際工程中的應(yīng)用。

1.2 改良的類芬頓法

為了提高氧化效率，已經(jīng)在經(jīng)典芬頓反應(yīng)上做了許多改進(jìn)，統(tǒng)稱為“類芬頓”反應(yīng)[2]，即通過 H2O2產(chǎn)生·OH而促進(jìn)有機物分解的方法。類芬頓反應(yīng)克服了傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)的部分缺點，具有pH值范圍廣、鐵污泥減少、微量高效等優(yōu)點，具體可以分為光芬頓、電芬頓和超聲波-芬頓法。

1.2.1 光芬頓 在“光芬頓”過程中，在λ<260 nm下，使用紫外線(UV)或太陽光照射Fe2+和H2O2溶液，可以加速Fe3+和Fe2+之間的相互轉(zhuǎn)化，F(xiàn)e3+的光還原與H2O2光輻射分解的協(xié)同作用獲得大量的·OH。光芬頓反應(yīng)不僅減少了鐵污泥的生成，還可更高效的降解廢水中的污染物。

在染色有機廢水中，會發(fā)生染料敏化光引發(fā)的光芬頓反應(yīng)。通過可見光照射可以使分子間電子轉(zhuǎn)移增強，從而將Fe3+還原為Fe2+，并顯著提高HO·生成速率。

但是，光芬頓反應(yīng)存在光能利用率低、消耗能量大、成本較高的缺點[3]。因此，提高光芬頓反應(yīng)中紫外線的利用率以及充分利用好太陽能的光源是推動光芬頓廣泛應(yīng)用的重點。

1.2.2 電芬頓 為了克服這些缺點并提高污染物去除效率，學(xué)者們研究出了基于芬頓反應(yīng)的電化學(xué)光催化劑，即“電芬頓”反應(yīng)。它通過供給純氧或者空氣在陰極上原位并連續(xù)電生成H2O2，再向溶液里加入Fe2+催化劑，并將Fe3+陰極還原成Fe2+，隨后連續(xù)生成芬頓試劑。

電芬頓因其處理效率高、無二次污染、便于操作等優(yōu)點被人們熟知，多被于廢水處理上。但是電芬頓仍存在處理效率低等問題，而且需要在酸性pH條件下反應(yīng)，因此探索性能良好的電極和拓寬pH值具有重要意義。

1.2.3 超聲波-芬頓法 在超聲波-芬頓法中，水和分子氧的超聲波分解不僅增強了HO·的生成，還原位生成了H2O2。

超聲波-芬頓法可以提高傳質(zhì)效率，但是超聲波的功率消耗較大，且在長時間超聲波的高頻振動下，對反應(yīng)器有較大的損耗。所以，探尋能耗較低的超聲波儀器和抗震的水處理構(gòu)筑物尤為重要。

把類芬頓反應(yīng)組合所形成的混合體系也可稱為改性芬頓反應(yīng)，組合后的芬頓反應(yīng)所表現(xiàn)的優(yōu)勢更加突出。Francisca-C Moreira等[4]比較了電芬頓(EF)、光電芬頓(PEF)和太陽能下的光電芬頓(SPEF)的降解垃圾滲濾液的能力，發(fā)現(xiàn)其降解率和HO·的生成量呈現(xiàn)EF

表1 各種經(jīng)典芬頓和類芬頓反應(yīng)的總結(jié)Table 1 Summary of various classical and improved Fenton reactions

1.3 鐵基催化劑的利弊

在高級氧化法中，芬頓技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的工藝，而鐵基催化劑是芬頓技術(shù)中應(yīng)用最頻繁的催化劑，因為鐵基催化劑有許多優(yōu)勢：(1)高豐度低價格，簡單易得；(2)環(huán)境相容性高，低毒性；(3)Fe2+和Fe3+易轉(zhuǎn)化。

但是，F(xiàn)e2+、Fe3+和氫氧化鐵的特性都依賴于pH的變化，見圖1。Fe2+在中性酸堿度下依舊保持著高溶解度，但Fe3+的溶解度在pH≥4時幾乎消失，易形成鐵污泥。因此，實際應(yīng)用中須嚴(yán)格控制低于pH=4的酸性條件下反應(yīng)，并且需要中和后再排放，所需成本較高[12]。而在紫外線或太陽能照射下，這些氫氧化物的絡(luò)合物會被回收和再利用，光誘導(dǎo)的芬頓反應(yīng)減少了鐵污泥的生成和Fe2+的輸入，提高了有機污染物的降解速率[13]。鐵污泥中光惰性絡(luò)合物的存在、高污泥濃度下光穿透性的降低以及質(zhì)子對·OH的清除增加等副作用都限制了光芬頓的大規(guī)模應(yīng)用[12]。因此，只有在pH=3時，F(xiàn)e2+、Fe3+和[FeⅢ(OH)]2+這三種活性物種才能存活，為了保持著pH=3的酸堿度，此時需要加入大量的硫酸，所以這種均相芬頓法是不切實際的。

圖1 不同pH值下鐵物種的比例[14]Fig.1 Iron species in aqueous solution as a function of pH

為了避免基于均相芬頓試劑的AOPs法受到pH限制，可使用非均相芬頓法中的固體催化劑，這些催化劑主要是穩(wěn)定的含鐵物質(zhì)(主要是Fe3+)。零價鐵[15](ZVI)、黃鐵礦(FeS2)、氧基氯化鐵(FeOCl)、磁鐵礦[16](Fe3O4)、磁赤鐵礦[17](γ-Fe2O3)、赤鐵礦(α-Fe2O3)和針鐵礦[18](α-FeOOH)是研究最廣泛的非均相芬頓法的鐵基催化劑，沸石、柱撐夾層粘土[19]、nafion膜、活性炭、皂土等[20]也是有效的芬頓催化劑。

然而，在非均相鐵基催化劑下，F(xiàn)e3+和H2O2之間的反應(yīng)比經(jīng)典芬頓反應(yīng)至少慢了3個數(shù)量級，可通過紫外線照射加速Fe2+的還原。但低效的光吸收會降低整個過程的效率，在保證H2O2產(chǎn)量的同時還需提高其分解利用率。另一方面，在不調(diào)整pH值的情況下，同時，固體催化劑的中金屬離子會泄露，容易形成污泥。

2 非鐵催化劑的發(fā)展

由于均相和非均相鐵基芬頓法在實際應(yīng)用中都存在嚴(yán)重的不足，所以需尋找既實用且經(jīng)濟的芬頓的催化劑。為了實現(xiàn)高效的使H2O2分解成·OH，芬頓催化劑應(yīng)表現(xiàn)出多種氧化態(tài)，因為具有特定氧化態(tài)的催化活性物種可以通過簡單的氧化還原反應(yīng)循環(huán)再生。并且，活性和非活性物種都應(yīng)該在較寬的pH范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，以防止催化物種的沉淀。

非鐵類金屬催化劑已被探索應(yīng)用于各種類芬頓反應(yīng)中，如鈰、鉻、鈷、銅、錳、釕、多金屬氧鹽酸和金納米材料等。這些金屬物種可以將H2O2分解為·OH，我們將討論它們降解有機物時的氧化還原特征。雖然其活化機制被催化劑的性質(zhì)所影響，但可以通過其金屬絡(luò)合的配體得到有效的調(diào)控。

2.1 鈰

在所有稀土元素中，鈰是唯一可通過類芬頓機制活化H2O2的金屬，由于其4f26S2的構(gòu)造，鈰有Ce3+和Ce4+兩種價態(tài)。Ce3+是強還原劑，在水溶液中易在電極上氧化為Ce4+，而Ce4+在酸性條件下是強氧化劑和強絡(luò)合劑，因此Ce3+/Ce4+隨溶液中酸度和酸根性質(zhì)變化而變化。在一定條件下，Ce3+和Ce4+兩價態(tài)之間可自由循環(huán)，可能會出現(xiàn)氧空位的現(xiàn)象[21]，而氧空位的發(fā)生是CeO2催化氧化有機物的前提，氧空位的方程式如式(1)。

(1)

它不僅具有極強的氧化-還原性能，而且還具有優(yōu)異的存儲氧-釋放氧性能。而雜質(zhì)的引入會造成晶格氧缺陷，使其催化活性得到顯著提高。因此，CeO2具有較高的氧流動性及優(yōu)異的催化性能，是所有鈰化合物中最受歡迎的選擇。

Ce3+/Ce4+的氧化還原反應(yīng)經(jīng)常使用CeO2作為非均相類芬頓催化劑氧化有機污染物。在H2O2存在的情況下，Heckert等[22]證實了HO·的產(chǎn)生，類似于Fe2+/H2O2芬頓體系，如式(2)和(3)。但和Fe2+/H2O2體系不同的是，CeO2可在中性條件下降解有機物，Xing等[23]在pH=6～9下利用CeO2光催化降解環(huán)丙沙星，降解效果良好。

(2)

(3)

裸露的氧化鈰不能進(jìn)行類芬頓反應(yīng)生成HO·，且Ce3+/Ce4+媒質(zhì)的氧化能力及再生效率與酸介質(zhì)密切要關(guān)，所以常用高氯酸、硝酸、硫酸或甲磺酸預(yù)處理CeO2[24]。而使用最多的是用硫酸預(yù)處理CeO2，Yongchuan Wang等[25]認(rèn)為由于H2O2與表面Ce3+位點的過度絡(luò)合，所生成的過量活性表面過氧化物(即≡Ce(Ⅲ)—O2H-)可在酸性條件下分解為HO·。除了使用酸處理，候杰等[26]對合成的氧化鈰進(jìn)行氨基修飾，介孔氧化鈰經(jīng)氨基功能化后對酸性紅14、偶氮染料AO7和RhB有顯著的光催化活性，降解效果良好。

但是稀土元素鈰有著極強的細(xì)胞毒性，對環(huán)境和人類都有危害，所以在實際應(yīng)用時，要確保氧化鈰的催化穩(wěn)定性和后處理安全性。

2.2 鉻

Cr(Ⅵ)還原生成Cr(Ⅴ)或Cr(Ⅳ)反應(yīng)中間體，并與H2O2發(fā)生一系列反應(yīng)生成HO·，如式(4)～式(6)。

(4)

(5)

(6)

與Cr(Ⅵ)相比，Cr(Ⅲ)與H2O2有著強烈的pH依賴性。在pH≤3時，Cr(Ⅲ)以[Cr(H2O)6]3+的形式與H2O2完全不反應(yīng)，但在中性pH時，其反應(yīng)活性和HO·產(chǎn)率最高[29]。類似于Cr(Ⅵ)/H2O2體系，HO·的生成也是個連續(xù)的芬頓反應(yīng)，但Cr(Ⅵ)作為產(chǎn)生的最終價態(tài)，如式(7)。

(7)

盡管Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)都會與H2O2發(fā)生芬頓反應(yīng)，但可通過pH值嚴(yán)格控制氧化還原途徑。通過控制溶液pH值，Cr(Ⅲ)會氧化成Cr(Ⅵ)再通過Cr(Ⅵ)還原再生，而且每次氧化還原轉(zhuǎn)化都伴隨著HO·的生成。所以，所有含鉻廢水都可通過控制H2O2投加量和簡單的pH調(diào)節(jié)，得到有效處理。

2.3 鈷

(8)

(9)

以Co2+為活性金屬的有機絡(luò)合物具有較獨特及優(yōu)異的反應(yīng)性能，但其氧化還原電位(φCo2+/Co3+=1.82 eV)過高，在正常情況下，不允許下式(10)的發(fā)生。

Co3+Lm+OH-+·OH(Lm為配體)

(10)

Co2+作為非均相芬頓催化劑可以在較寬的pH范圍內(nèi)進(jìn)行。但是它還存在許多弊端：(1)與鐵基芬頓體系相比，H2O2的化學(xué)計量需求較高；(2)固定后的絡(luò)合物浸出過量(>25%)；(3)鈷的環(huán)境毒性大，如果含鈷廢水直接排放到環(huán)境中，將會對人產(chǎn)生巨大危害，所以需確保后處理的安全性。

2.4 銅

相較于Fe2+/Fe3+，Cu+和Cu2+表現(xiàn)出更強的氧化還原能力，都可與H2O2發(fā)生反應(yīng)，如式(11)和(12)。

(11)

(12)

更重要的是，Cu2+/H2O2類芬頓體系比Fe3+/H2O2表現(xiàn)出更寬的酸堿度工作范圍。在近中性或中性的水溶液中，基于Cu2+的芬頓催化劑都能有效地生成HO·，用于各種有機污染物的氧化。與鐵基催化劑不同的是，Cu2+絡(luò)合物不會阻止芬頓反應(yīng)，實現(xiàn)有機污染物的完全礦化。Cu2+/H2O2除了產(chǎn)生經(jīng)典還原過程的HO·外，還可直接攻擊絡(luò)合于催化劑表面的有機自由基加合物進(jìn)而生成一個羥基化產(chǎn)物和另一個·OH，避免了H2O2的無效分解，提高其利用率[34]。

Fe2+與H2O2的反應(yīng)在酸性溶液中幾乎不受氧濃度的影響，但是Cu+與H2O2的反應(yīng)會被分子氧限制，如式(13)。因為Cu+在酸性和近中性條件下被氧化為Cu2+，降低了Cu+與H2O2反應(yīng)的有效性。使用Cu2+催化劑的芬頓體系需要更多的H2O2，以補償HO·的清除作用。但大量的H2O2不僅增加了處理成本，還降低了處理效率。

(13)

為了提高H2O2的利用率，Lai Lyu等[35]用Cu和g-C3N4表面羥基絡(luò)合，并研究其H2O2的電子轉(zhuǎn)移路徑，發(fā)現(xiàn)陽離子-π所誘發(fā)的電子極化使H2O2的利用率高達(dá)90%以上。徐蘇倩等[36]制備的Cu-Al2O3-g-C3N4類芬頓催化劑使得 H2O2以其親電端吸附在富電子Cu中心上，促進(jìn)了H2O2被還原而不是被氧化，使得H2O2最大限度的被利用，利用率高達(dá)72.3%。

2.5 錳

錳(Mn)的氧化態(tài)范圍是0～+7價，雖然Mn6+和Mn7+的價態(tài)比較穩(wěn)定，但只有Mn2+、Mn3+和Mn4+這三種氧化態(tài)具有催化意義。錳在水生環(huán)境中僅以Mn2+或Mn4+的形式存在，Mn4+可輕易氧化還原為Mn2+，所以MnO2是強大的氧化劑，如式(14)，其中S為有機/無機底物。

(14)

為了提高其催化性能，可把MnO2負(fù)載在載體上，Li Lu等[37]將MnO2負(fù)載在石墨烯納米片上，將此應(yīng)用于甲醛的催化。與單純的MnO2相比，其石墨烯-MnO2雜化納米片的構(gòu)造可以使MnO2暴露更多的活性位點，加速其電荷傳速，顯著提高了降解效率。

錳氧化物作為非均相芬頓催化劑提供了許多優(yōu)勢，例如(a)可在pH近為中性條件下達(dá)到降解最佳性能；(b)可根據(jù)不同情況而選擇性形成活性氧物種；(c)構(gòu)造不同的錳天然化合物輕松易得，因此在實際應(yīng)用中很有前景。

2.6 釕

在鉑族金屬中，釕(Ru)是唯一可在H2O2存在下表現(xiàn)出類芬頓的活性元素。釕的氧化態(tài)范圍是0～+8價，但是目前只發(fā)現(xiàn)了二價(Ru2+)，三價(Ru3+)和四價(Ru4+)的氧化態(tài)。

Abdoulaye Thiam等[40]利用RuO2陽極對含呋喃進(jìn)行芬頓反應(yīng)，具體反應(yīng)見式(15)～式(18)。

(15)

(16)

(17)

(18)

Rokhina等[41]使用多孔RuI3粉末作為H2O2的類芬頓催化劑來氧化苯酚。類似于Fe3+/ H2O2芬頓體系，Ru3+還原原位生成Ru2+可引發(fā)H2O2分解成·OH，如式(19)。

Ru2++·OH+H+

(19)

金屬釕配合物具有熱力學(xué)穩(wěn)定性好、激發(fā)態(tài)反應(yīng)活性高和使用壽命長等優(yōu)點，所以在催化降解有機物方面上，其有著極大的應(yīng)用價值。顧芷萌等[42]用三嗪環(huán)類衍生物為配體，以RuCl3為金屬源，合成了Ru(L1)Cl3、[Ru(L2)2]·Cl3和[Ru(L2)2]·(H2BTC)·(HBTC)·H2O三種配合物，配合物導(dǎo)致電子云密度發(fā)生變化使得電子-空穴對分離，并在H2O2的作用下生成H+和·O2-自由基，對有機染料降解效果顯著提高。Debabrata Chatterjee利用RuⅢ(EDTA)/H2O2體系分別對含硫化合物(硫脲和半胱氨酸)[43]、偶氮染料酸性橙Ⅱ[44]進(jìn)行了降解，在H2O2的存在下，RuⅢ(EDTA)先反應(yīng)生成[Ru3+(EDTA)(OOH)]2-，其再繼續(xù)生成HO·降解有機物，如式(20)。

(20)

[Ru4+(EDTA)(OH)]-能在類芬頓反應(yīng)中繼續(xù)分解H2O2，生成Ru5+氧化態(tài)和HO·。

釕催化劑不僅有著高穩(wěn)定性，還可在中性或偏堿性pH下達(dá)到最佳的降解效果，這是最具有優(yōu)勢的。但是釕元素稀有且昂貴，所以為充分利用好釕元素，還得發(fā)掘其他改進(jìn)方法，以達(dá)到利用更少釕元素獲得更高催化性能的目的。

2.7 多金屬氧酸鹽

多金屬氧酸鹽(Polyoxometalates，簡稱POMs)，是由最高氧化態(tài)的過渡金屬和氧原子共價形成的無機納米簇。金屬原子通常是第五副族或第六副族的過渡元素，如鉬、釩、鉭、鈮、鎢元素。由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)和元素組成的廣泛性和多樣性，特制的POMs催化劑廣泛應(yīng)用于催化材料、磁性材料、光電材料、藥物等領(lǐng)域。研究者將POMs的氧化能力與H2O2的催化分解相結(jié)合，已被廣泛用于烯烴的環(huán)氧化、醇和苯酚的氧化和乙二醇的轉(zhuǎn)化。

在可見光照射下，通過兩種不同的方法實現(xiàn)了有機染料的氧化：(1)POM的光激發(fā)，以及從激發(fā)態(tài)的POM電子轉(zhuǎn)移到H2O2，如式(21)～(23)。(2)染料敏化導(dǎo)致POM單電子還原，隨后與H2O2反應(yīng)形成過氧絡(luò)合物[45]，如式(24)～(26)。其染料氧化直接通過球內(nèi)氧的轉(zhuǎn)移進(jìn)行，而不是生成游離HO·降解有機染料。

(21)

(22)

(23)

Dye·+—POM-

(24)

Dye·+—POM—OOH

(25)

(26)

有著強水溶性的POMs適合作為均相催化劑，但高溶解性導(dǎo)致其難回收，不適合應(yīng)用于工程中。研究者們試圖對均相催化劑進(jìn)行改性修飾變成多相催化劑，最常用的是負(fù)載型催化劑。Simon Lukato等[47]在多金屬氧酸鹽上負(fù)載Ag-Cu金屬制備成Ag-Cu/POM催化劑，用來催化降解苯甲醇，Ag-Cu/POM催化劑穩(wěn)定性高，沒有金屬浸出和失活的現(xiàn)象，其多相性質(zhì)便于回收，重復(fù)利用率高。

POMs作為芬頓催化劑的主要優(yōu)勢是具有結(jié)構(gòu)可調(diào)控的催化/光化學(xué)反應(yīng)活性，以及較高的化學(xué)穩(wěn)定性和可重復(fù)利用率。

2.8 金納米材料

近年來，納米金(AuNPs)由于具有大比表面積，良好的光學(xué)特性、尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)等特征，在傳感、催化、合成、醫(yī)藥等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。

(27)

(28)

金基催化劑有著很高的催化活性，H2O2中大約有79%可以轉(zhuǎn)化成HO·，Sergio Navalon等[49]研究出只需用0.5 mg/L的金可降解75 g/L的苯酚，其高催化活性可能是因為Au是惰性材料，在各種反應(yīng)條件下不太可能浸出，但也有可能是因為Au對H2O2分解的靈活選擇性。Sergio Navalon等[50]在金剛石上負(fù)載Au形成Au/OH-npD催化劑，在黑暗條件下Au/OH-npD催化劑不發(fā)生催化反應(yīng)，但在單色光或太陽光下，都能促進(jìn)此催化劑的催化活性，可歸因于光源促進(jìn)了電子從金轉(zhuǎn)移到H2O2。但金含量和粒徑都會對光化學(xué)過程有顯著的影響，為了防止熱弛豫引起的粒子團(tuán)聚和生長的現(xiàn)象，Au的負(fù)載量要低于1%，且粒徑盡可能的小，至少低于10 nm。

雖然金基催化劑有著很高的催化活性，但它的成本遠(yuǎn)比其他金屬要貴，所以在實際應(yīng)用中的機會不大，今后的研究方向應(yīng)注重于提高其重復(fù)利用率上。

3 結(jié)論和展望

基于芬頓的高級氧化技術(shù)主要是用鐵基催化劑，但是鐵基催化芬頓反應(yīng)需要嚴(yán)格的酸性環(huán)境，酸化反應(yīng)后需要中和處理。鐵基催化反應(yīng)還容易形成鐵污泥，造成二次污染，因而對反應(yīng)設(shè)備要求高，限制了其在實際工程中的應(yīng)用。

在均相和多相體系下，非鐵催化劑具有多種氧化狀態(tài)和高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，即使在中性或偏中性條件下也能分解H2O2生成HO·，因而受到人們的青睞。但是每種有色金屬催化劑也存在缺陷。鈰、鉻和鈷等可溶物質(zhì)具有細(xì)胞毒性，只能在可控條件下應(yīng)用；多相錳氧化物具有環(huán)境友好、天然豐度高等優(yōu)點，但它存在物化性質(zhì)和反應(yīng)機理較復(fù)雜的缺點；釕絡(luò)合物、多金屬氧鹽酸和金納米材料是非常穩(wěn)定的催化劑，但應(yīng)用成本較高；銅基催化劑需要過量的H2O2，并且需嚴(yán)格的厭氧條件。

未來為了建立實際可行、環(huán)境可持續(xù)性的非鐵芬頓體系有待于在以下方面進(jìn)行展開：

(1)繼續(xù)尋求高穩(wěn)定性、零金屬浸出、無二次污染的催化劑。可以直接在催化劑上做出改進(jìn)，比如向體系中加入氧化還原介質(zhì)、絡(luò)合劑等化學(xué)試劑，大多絡(luò)合后的催化劑可以達(dá)到低金屬浸出率和高穩(wěn)定性的目的。但需進(jìn)一步探討更好、更有效的改進(jìn)方法。

(2)發(fā)展非鐵基強化類芬頓技術(shù)。效仿鐵劑催化劑類芬頓技術(shù)，向非鐵基催化反應(yīng)體系施加紫外光、電場或超聲波等，從而加強對H2O2的活化激發(fā)，提高反應(yīng)效率。

(3)探討非鐵基芬頓/類芬頓技術(shù)和其他工藝的組合/耦合技術(shù)，優(yōu)化處理系統(tǒng)的運行條件，提高處理效果。如芬頓/類芬頓法可以通過激發(fā)H2O2產(chǎn)生HO·實現(xiàn)對難降解有機物分解，提高污廢水的可生化性，因此，可以考慮與生物處理單元結(jié)合等。

相信通過研究者們對類芬頓技術(shù)的不斷探索和優(yōu)化，將達(dá)到高效率、低成本和高環(huán)境相容性的目的，進(jìn)而投入使用到大規(guī)模的實際工程中。