電催化氧化法處理難降解有機(jī)廢水分析

植奇明

（肇慶醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，廣東肇慶 526020）

電催化氧化法處理難降解有機(jī)廢水分析

植奇明

（肇慶醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，廣東肇慶 526020）

隨著工業(yè)水平的大幅度提高，工業(yè)廢水的處理能為一個(gè)重要的問(wèn)題。工業(yè)廢水的危害性大、來(lái)源廣，其毒性會(huì)妨礙水生生物的繁殖與生長(zhǎng)，甚至給當(dāng)?shù)氐乃鷳B(tài)圈造成破壞性影響，因此加強(qiáng)難降解有機(jī)廢水的處理具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)意義。從電催化氧化法的原理出發(fā)，深入研究電解氧化過(guò)程中電機(jī)參數(shù)、操作條件對(duì)有機(jī)廢水污染物去除的影響規(guī)律。

電催化氧化；難降解有機(jī)廢水；電流效率；廢水處理

工業(yè)廢水的來(lái)源比較復(fù)雜，現(xiàn)代的煉油廠、紡織業(yè)、石油化工企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中都有可能產(chǎn)生工業(yè)廢水，從而威脅到周圍生態(tài)環(huán)境。其中難降解有機(jī)廢水由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、毒性強(qiáng)的特點(diǎn)，使常規(guī)的工業(yè)廢水處理措施無(wú)法徹底的清除廢水中的污染物，達(dá)不到行業(yè)內(nèi)的凈化要求。因此本文將以高濃度含酚廢水為例，研究電催化氧化法的科學(xué)意義和應(yīng)用前景，以供相關(guān)從業(yè)人員借鑒學(xué)習(xí)。

1 電催化氧化技術(shù)的原理

目前，英美等發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用電催化氧化技術(shù)處理有機(jī)廢水，并且電催化氧化技術(shù)也得到了業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可。據(jù)研究表明，在用電催化氧化技術(shù)處理含酚廢水時(shí)，污染物去除率竟然達(dá)到90%以上，有時(shí)候甚至能都達(dá)到98%，這使得水污染問(wèn)題得到緩解，因此加強(qiáng)電催化氧化技術(shù)的研究，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)意義。與英美等發(fā)達(dá)國(guó)家比起來(lái)，我國(guó)的電催化氧化技術(shù)比較集中的應(yīng)用在重金屬?gòu)U水的處理方面，在有機(jī)廢水處理方面，我國(guó)仍處于發(fā)展階段[1]。

1.1 電極溶液界面特性-雙電層

物質(zhì)的電極與溶液接觸時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定范圍的界面區(qū)，由于和自身電極和溶液不相同，因此在一定程度上，會(huì)提升電極反應(yīng)速度。作為溶液界面的結(jié)構(gòu)，雙層電的電位差為1V，不管是剩余電荷還是電位差，都呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，然而作用于雙層電的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)卻很復(fù)雜，對(duì)電極反應(yīng)也很大。所以當(dāng)雙層電的穩(wěn)定距離被打破，場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一定的強(qiáng)度，在雙層電結(jié)構(gòu)中的電介質(zhì)都會(huì)遭到破壞。

1.2 電化學(xué)氧化有機(jī)物原理

一般來(lái)說(shuō)，電化學(xué)氧化處理法不需要太多的化學(xué)藥品，幾乎都是依靠提高有機(jī)物電解速度與效率，從而達(dá)到廢水處理的目的，因此電化學(xué)氧化處理法又稱為清潔處理法，具有較強(qiáng)的環(huán)保性。然而電化學(xué)氧化處理法比較復(fù)雜，有機(jī)物降解過(guò)程也很難把控，因此還有待進(jìn)一步的提升。電化學(xué)氧化處理法的原理是利用電極在電場(chǎng)的作用下，會(huì)將有機(jī)物分解為CO2或其他簡(jiǎn)單化合物，選擇合適的電極材料，是電催化氧化技術(shù)處理難降解有機(jī)廢水的關(guān)鍵[2]。

2 電催化氧化法技術(shù)的關(guān)鍵要點(diǎn)

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，不僅帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，還刺激了產(chǎn)業(yè)的變遷，使我國(guó)的工業(yè)化水平發(fā)生了顯著的改變，然而工業(yè)化帶來(lái)的污染也不能忽視，尤其是造紙業(yè)、紡織業(yè)、石油化工企業(yè)所排出的工業(yè)廢水，都是高濃度難降解的有機(jī)工業(yè)廢水，使我國(guó)的環(huán)境問(wèn)題日益矛盾，因此加強(qiáng)難降解有機(jī)工業(yè)廢水的處理，不僅符合我國(guó)現(xiàn)代化的發(fā)展要求，還為我國(guó)的生態(tài)的平衡做出了一定的貢獻(xiàn)。隨著研究的深入，相關(guān)研究人員發(fā)現(xiàn)電催化氧化法能夠降解有機(jī)廢水，下文將闡述幾種較為常見(jiàn)的電催化氧化技術(shù)。

2.1 光催化氧化技術(shù)

光催化氧化技術(shù)具有處理效率高、氧化劑利用率高的特點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用于難降解有機(jī)廢水的處理當(dāng)中。該技術(shù)的原理是利用氧化劑H2O2和O3在化學(xué)氧化和紫外線輻射的共同作用下，增加有機(jī)廢水中污染物的反應(yīng)的速率，從而達(dá)到預(yù)期的凈化目的。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于紫外光的污染較小，處理效率快，在處理的過(guò)程中不帶入其他雜質(zhì)，因此備受業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的青睞。然而光催化氧化技術(shù)也具有一定的局限性，紫外光容易受到其他光線的干擾，而有機(jī)廢水的反應(yīng)選擇性差，因此有時(shí)候光催化氧化技術(shù)不僅起不到廢水凈化的目的，甚至還會(huì)生成其他有毒的物質(zhì)，造成二次污染，因此在使用光催化氧化技術(shù)時(shí)，相關(guān)工作人員需要注意在反應(yīng)裝置中加入催化劑，從而提高光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用效果，使難降解有機(jī)廢水在化學(xué)氧化和紫外光的共同作用下，發(fā)生光解反應(yīng)。

2.2 超臨界氧化法

在上個(gè)世紀(jì)初，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了繼固體、液體、氣體之后的物質(zhì)第四狀態(tài)，學(xué)界通常稱其為超臨界流體（superiority fluid）[3]。不同于固體、液體和氣體，超臨界流體的溫度和壓力都高于原有的臨界溫度和臨界壓力，氣體液體的相界面逐漸消失，熱膨脹引起密度減小。因此超臨界流體擁有液體般良好的流動(dòng)性，同時(shí)又具有類似氣體的擴(kuò)散系數(shù)，因此難降解有機(jī)廢水能夠在溶解的超臨界水中，形成一個(gè)有機(jī)物氧化的良好環(huán)境，不僅能夠使有機(jī)廢水中的有毒物質(zhì)得到完全轉(zhuǎn)化，還能回收氧化分解釋放的熱能，因此可以說(shuō)超臨界氧化法具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.3 超聲電催化氧化技術(shù)

超聲電催化氧化技術(shù)是超聲空氣氧化技術(shù)與電催化氧化技術(shù)的結(jié)合，該技術(shù)的操作條件溫和，使用范圍廣，還能夠與其他電催化氧化技術(shù)一起使用，尤其在去除難降解有機(jī)污染物方面，具有良好效果。超聲電催化氧化技術(shù)的原理是利用能量特性或頻率特性，將超聲波引入電催化氧化反應(yīng)當(dāng)中，能夠有效地對(duì)有機(jī)廢水的電極表面進(jìn)行清洗和活化，大幅度的提高了電催化氧化的速率，使有機(jī)廢水污染物在水分子交替擴(kuò)張循環(huán)、壓縮循環(huán)的過(guò)程中發(fā)生降解反應(yīng)。

2.4 電催化生物反應(yīng)技術(shù)

作為一種聯(lián)合電催化降解的有機(jī)廢水的深度處理技術(shù)，電催化生物反應(yīng)技術(shù)能夠?qū)⒂袡C(jī)廢水中的污染物降解為小分子，在利用生物降解的方法，去除有機(jī)廢水中的污染物，達(dá)到清潔有機(jī)廢水目的。電催化生物反應(yīng)技術(shù)多用于石油化工、造紙業(yè)當(dāng)中，具有高效、節(jié)能的特點(diǎn)，并且可以進(jìn)行選擇性的加熱，無(wú)二次污染。經(jīng)過(guò)二十多年的深入研究，電催化生物反應(yīng)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，然而還有許多缺陷沒(méi)有克服，例如生物反應(yīng)技術(shù)具有介電特性，當(dāng)有機(jī)廢水中的污染物進(jìn)入氧化反應(yīng)時(shí)，物料中的微波將被轉(zhuǎn)化為熱能，反應(yīng)狀態(tài)逐漸衰減。相關(guān)工作人員在使用電催化生物反應(yīng)技術(shù)時(shí)，需要考慮到電催化生物反應(yīng)技術(shù)的介電特性，從而發(fā)揮出電催化生物反應(yīng)技術(shù)良好的廢水處理效果[4]。

3 電催化氧化法技術(shù)的局限和對(duì)策

3.1 電催化氧化法的局限

許多電催化氧化技術(shù)都處于實(shí)驗(yàn)階段，沒(méi)能夠真正投入使用，原因在于某些電催化氧化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用程度偏低，電極材料壽命短，因此很難發(fā)揮電催化氧化技術(shù)的真正作用。電極在電催化氧化技術(shù)起到核心的作用，因此相關(guān)工作人員需要解決電催化氧化法的電極問(wèn)題，尋找成本低廉、優(yōu)良的電極，保證在有機(jī)物氧化的過(guò)程中保持良好的催化活性，從而提高電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用效果。

3.2 選擇合適的電極材料

目前應(yīng)用于電催化氧化技術(shù)的電極材料主要有金屬電極、碳素電極、非金屬化合物、金屬氧化物等，然而這類電極材料在電解的過(guò)程中容易出現(xiàn)溶出現(xiàn)象，從而影響有機(jī)污染物的降解效果。因此，最合適的電極材料是類陽(yáng)極材料，不僅能夠縮短處理時(shí)間，降解效率高，化學(xué)結(jié)構(gòu)還很穩(wěn)定，能夠勝任大多數(shù)的有機(jī)廢水的處理工作，而碳素電極的特點(diǎn)是導(dǎo)電性好，催化活性低，而且材料價(jià)格低廉，適合展開(kāi)廣泛的研究。此外，人們還發(fā)現(xiàn)納米技術(shù)能夠用于電催化氧化過(guò)程當(dāng)中，因此受到了廣泛的關(guān)注，由于納米材料具有許多物理化學(xué)性質(zhì)，因此能夠顯著的增加催化效率。相關(guān)工作人員需要根據(jù)廢水的性質(zhì)，來(lái)選擇合適的電極材料，才能保證電催化氧化技術(shù)的正常應(yīng)用[5]。

4 結(jié)余

綜上所述，面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)重的廢水污染問(wèn)題，使用電催化氧化技術(shù)，能夠獲得良好的處理效果，但還有很多問(wèn)題尚未解決，要求研究人員對(duì)電催化氧化技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，從而使電催化氧化技術(shù)能夠大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。

[1] 黃輝，艾飛虎，馬淳安，等.難降解有機(jī)廢水的催化氧化法處理[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2013，（2）：157-160.

[2] 高建軍，劉世斌，馬磊.電催化氧化法處理難生物降解有機(jī)廢水的研究進(jìn)展[C]//2014中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（第五章）.2014.

[3] 辛岳紅.難降解有機(jī)廢水處理用新型粒子催化電極材料的制備及其電催化活性研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2009.

[4] 劉麗麗，溫青，矯彩山，等.電催化氧化處理難降解有機(jī)廢水的研究進(jìn)展[J].化學(xué)工程師，2015，（9）：33-34.

[5] 李志美，李霞，李風(fēng)亭，等.活性炭纖維負(fù)載二氧化鈦材料電催化降解鄰苯二甲酸二甲酯的實(shí)驗(yàn)研究[D].南京：南京大學(xué)，2014.

Analysis of Refractory Organic Wastewater Treatment by Electrocatalytic Oxidation

Zhi Qi-ming

With the greatly improved industrial level，the treatment of industrial wastewater can be an important problem，industrial wastewater hazards，sources，the toxicity will hinder the reproduction and growth of aquatic organisms，and even to the local This article will proceed from the principle of electrocatalytic oxidation，in-depth study of the process of electrolytic oxidation of motor parameters，operating conditions of the organic wastewater pollutants，such as the concentration of organic pollutants，Removal of the impact of the law.

electrocatalytic oxidation；refractory organic wastewater；current efficiency；wastewater treatment

X703.1

B

1003-6490（2017）01-0170-02

2017-01-18

植奇明（1987—），男，廣東懷集人，化學(xué)助教，主要研究方向?yàn)榛瘜W(xué)。