電化學(xué)催化氧化工藝分析

袁犇 魏旭兵 張景飛 梁啟生 范浩乾

摘 ?要：科技的快速發(fā)展使我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展迅速。分析了廢水電解電極及電解氧化處理方法，電解電極具有抗氧化能力強(qiáng)、鍍層和鈦板結(jié)合牢固、電解氧化效率高等特點(diǎn)，可有效去除污水中的COD、氨氮和氯離子，尤其適于高鹽高COD或高鹽低COD廢水的電解氧化處理，并可降低處理成本、避免二次污染。

關(guān)鍵詞：電化學(xué);催化氧化工藝

引言

我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使我國各行業(yè)有了新的發(fā)展空間和機(jī)遇?；陔姶呋母呒壯趸夹g(shù)因其適用范圍廣、處理迅速徹底且不產(chǎn)生二次污染物等優(yōu)點(diǎn)，近年來一直被廣泛關(guān)注。采用DSA電極（Ti/Ru0.3Ti0.7O2）電化學(xué)輔助的光催化電極降解活性藍(lán)19（C.I.ReactiveBlue19），120min時(shí)活性藍(lán)19幾乎全部降解。

1電化學(xué)催化氧化工藝原理

電化學(xué)催化氧化工藝又叫EO工藝，簡稱電解水法。該方法不需要添加氧化劑，無二次污染，條件溫和，適用范圍廣，兼具氣浮、絮凝、殺菌作用。電解法作為一種較為成熟的水處理技術(shù)，早在20世紀(jì)40年代就有人提出，但由于電力等方面的原因，以及電源和極板等專業(yè)性問題，發(fā)展一直較緩慢，故多用于處理含氰、含鉻的電鍍廢水。隨著電力及相關(guān)工業(yè)的發(fā)展，近年來電解法成為水處理技術(shù)的熱點(diǎn)，研究范圍涉及處理印染廢水、制藥廢水、制革廢水、造紙黑液、垃圾滲濾液等。電極氧化機(jī)理可分為兩部分，即直接氧化和間接氧化。直接氧化作用是指溶液中·OH基團(tuán)的氧化作用，其是由水通過電化學(xué)作用產(chǎn)生的，該基團(tuán)具有很強(qiáng)的氧化活性，對作用物幾乎無選擇性。電解法水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1）過程中產(chǎn)生的·OH無選擇地直接與廢水中的有機(jī)污染物反應(yīng)，將其降解為二氧化碳、水和簡單有機(jī)物，沒有或很少產(chǎn)生二次污染;2）能量效率高，電化學(xué)過程一般在常溫常壓下就可進(jìn)行;3）既可作為單獨(dú)處理技術(shù)，又可與其他處理技術(shù)相結(jié)合，如作為前處理技術(shù)，可以提高廢水的生物降解性;4）電解設(shè)備及其操作一般比較簡單，如果設(shè)計(jì)合理，費(fèi)用并不昂貴。電解法水處理技術(shù)的缺點(diǎn)：電流效率仍然偏低、能耗大、電催化降解反應(yīng)器的效率較低，處理成本高。電解法水處理技術(shù)的適用范圍：1）廢水深度處理殺菌消毒;2）廢水脫色處理;3）廢水可生化型處理，提高B/C;4）去除水中的COD等有機(jī)物質(zhì)。

2電極制備

該實(shí)驗(yàn)的整體電化學(xué)測試均使用CHI660D型電化學(xué)工作站完成，該實(shí)驗(yàn)主要采用三電極體系，使用超純水配制所需測試溶液，相關(guān)實(shí)驗(yàn)在室溫條件下進(jìn)行。首先是工作電極的制備，在電化學(xué)測試過程中，主要的工作電極為玻碳電極。修飾電極前，使用金相砂紙對玻碳電極進(jìn)行去污、打磨，使用不同規(guī)格的氧化鋁粉末（常見規(guī)格為1.0μn、0.3μm等），對工作電極進(jìn)行拋光打磨，直到出現(xiàn)鏡面為止，之后用乙醇和去離子水完成超聲清洗，最后用氮?dú)膺M(jìn)行風(fēng)干操作。根據(jù)具體情況，對電極進(jìn)行合理修飾，做好與工作電極相關(guān)的化學(xué)測試工作。其次，所有測試結(jié)果均以甘汞電極作為參比電極測試，值得注意的是，該電極在使用之前需要做好浸泡活化操作，所用溶液為KCl溶液。另外，在電位區(qū)間選擇上，需要將其控制在1.2～0.24V。最后，在掃描速度設(shè)置上，以100mV/s為主，整個(gè)循環(huán)掃描的圈數(shù)為120圈。

3電流密度的影響

其它影響因素保持不變的情況下，考察電流密度分別為1.5mA/cm2、2.5mA/cm2、3.5mA/cm2、5.0mA/cm2時(shí)的耦合機(jī)制。電流密度的增加對單電與光電系統(tǒng)的反應(yīng)速率均有促進(jìn)作用，但對光電體系的促進(jìn)作用更強(qiáng)。因此，不同電流密度影響下，光催化與電催化反應(yīng)表現(xiàn)出較強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)，在I=5.0mA/cm2時(shí)，協(xié)同度高達(dá)41.66%。其原因?yàn)閷τ诠怆婑詈象w系，電流密度的加大對光催化與電催化反應(yīng)均有利。對于光催化反應(yīng)而言，電流密度的增加可減少光生電子空穴對的復(fù)合，使得體系產(chǎn)生了更多的羥基自由基，提高光催化速率。而對于電催化反應(yīng)，電流密度的增加進(jìn)一步促使氯離子轉(zhuǎn)化為氯自由基、自由氯等氯類活性氧化物質(zhì)，加快了電催化速率。

4結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）在工作時(shí)脈沖占空比可在5%～80%間任意調(diào)節(jié)，頻率在100～3000Hz間任意調(diào)節(jié)，根據(jù)不同水處理工藝要求，合理調(diào)節(jié)脈沖占空比及頻率范圍;2）設(shè)備控制電路板由電源變壓器、電壓、電流檢測、振蕩電路、驅(qū)動(dòng)電路、功率放大電路、脈沖調(diào)制等部分電路組成;3）當(dāng)輸出電流超過額定電流的110%時(shí)，能自動(dòng)快速切斷主電源，以保護(hù)脈沖驅(qū)動(dòng)管等元件;4）電絮凝污水處理電源內(nèi)裝有變壓器、整流元件及控制元件板等控制元件，元件箱內(nèi)裝有控制板、熔斷器、繼電器、平波電抗器等;5）儀表指示燈、操作按鈕、電壓表、電流表、頻率表、占空比表、多功能顯示窗、功能指示燈、調(diào)整電位器均裝在主機(jī)面板上;6）直流采用后面出線;7）電絮凝污水處理電源柜左面裝有冷卻風(fēng)機(jī)，以保證變壓器（F）型及整流、驅(qū)動(dòng)元件的冷卻。

5電催化氧化水處理器的優(yōu)勢

電催化氧化裝置可以通過陽極產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑迅速氧化污水中有機(jī)污染物和微生物有機(jī)體，破壞有機(jī)物對膠體的保護(hù)作用，促進(jìn)膠體脫穩(wěn)，形成以絡(luò)合體為核心的緊密絮體，完成氧化脫穩(wěn)、形成新核、吸附架橋的初步絮凝過程，同時(shí)迅速殺滅水中的細(xì)菌和微生物。另外陽極、陰極還可以使污水中的懸浮物、膠質(zhì)等有機(jī)物進(jìn)行電性中和作用，產(chǎn)生互相絮凝作用，從而大幅度減少投加的混凝劑、絮凝劑，并無需投加殺菌劑。

結(jié)語

電催化氧化水處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于電鍍廢水、油田生產(chǎn)過程中各類廢水、市政垃圾滲濾液濃縮液、化工廢水、制藥廢水、農(nóng)藥廢水、染料中間體廢水、印染廢水、制革廢水、造紙黑液等領(lǐng)域。電催化氧化水處理技術(shù)具有氧化還原、凝聚、氣浮、殺菌消毒和吸附等多種功能，并具有設(shè)備體積小、占地面積少、操作簡單靈活，可以去除多種污染物，同時(shí)還可以回收廢水中的貴重金屬等優(yōu)點(diǎn)。

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