Influence du pH sur la vitesse d'oxydation de compose′s organiques par FeII/H2O2. Me′canismes re′actionnels et mode′lisation

Abstract

Cette e′tude a eu pour but de mode′liser la vitesse d'oxydation du fer ferreux et de compose′s organiques (atrazine, 1,2,4-trichlorobenzène) en solution aqueuse dilue′e par le système Fe^II/H₂O₂. Les expe′riences ont e′te′ re′alise′es à 25°C, à pH initial compris entre 1 et 8, et en pre′sence d'un excès de fer ferreux ([Fe^II]₀2 [H₂O₂]₀). Les re′sultats obtenus à pH acide (pH⩽3) ont permis de montrer que le modèle cine′tique base′ sur le me′canisme re′actionnel de Barb etal (1951) de′crit parfaitement la vitesse d'oxydation du fer ferreux et des compose′s organiques. L'application de ce modèle a permis de mesurer les valeurs des constantes cine′tiques des radicaux hydroxyle sur l'atrazine (forme mole′culaire: k=3,0×10⁹ L mol^-1 s^-1; forme protone′e: k=1,2×10⁹ L mol^-1 s^-1) et du 1,2,4-trichlorobenzène (k=6,2×10⁹ L mol^-1 s^-1). Pour les expe′riences re′alise′es à pH>4 et en absence d'oxygène dissous, les re′sultats ont montre′ que le modèle de Barb etal conduit à une surestimation de la vitesse d'oxydation des compose′s organiques. Ces re′sultats ont mis en e′vidence que la re′action de H₂O₂ sur Fe^II ne conduit pas directement à la libe′ration de radicaux hydroxyle mais à la formation d'un interme′diaire qui peut soit libe′rer des radicaux hydroxyle et Fe^III (re′action favorise′e à pH acide) soit former un autre interme′diaire qui peut re′agir avec Fe^II pour donner Fe^III sans libe′ration de radicaux hydroxyle. Effect of pH on the oxidation rate of organic compounds by Fe^II/H₂O₂. Mechanisms and simulation. In this work, the kinetics of oxidation of Fe^II and of organic compounds (atrazine, 1,2,4-trichlorobenzene) in dilute aqueous solution by Fe^II/H₂O₂ have been investigated. Experiments were carried out at 25°C, at initial pH between 1 and 8, and in the presence of an excess of Fe^II ([Fe^II]₀2 [H₂O₂]₀). Data obtained at pH⩽3 showed that the rates of oxidation of Fe^II and of organic compounds were predicted well by a kinetic model based on the Fe^II/H₂O₂ mechanism proposed by Barb etal (1951). The following values were found for the kinetic rate constants for the reaction of OH with atrazine (molecular form: k=3.0×10⁹ L mol^-1 s^-1; protonated form: k=1.2×10⁹ L mol^-1 s^-1) and 1,2,4-trichlorobenzene (k=6.2×10⁹ L mol^-1 s^-1). At pH>4 and in the absence of dissolved oxygen, the kinetic model was found to overestimate the rate of oxidation of both atrazine and 1,2,4-trichlorobenzene. These data suggest that the reaction of H₂O₂ with Fe^II probably goes through the formation of an intermediate. This intermediate leads to the formation of OH radicals and Fe^III (major route under acidic pH) or leads to the formation of another intermediate which may react with Fe^II to produce Fe^III without formation of OH.