電化學氧化技術治理苯胺、硝基苯等工業污水進展研究

摘 要：研究了含苯胺、硝基苯等工業有機污水的危害性和治理進展，研究表明，由于特殊的電子特殊的“清潔性”，電化學氧化技術中的電極-Fenton技術、鐵內電解還原技術、電解氧化技術、電催化氧化技術都是其治理的熱點。

關鍵詞：電化學氧化技術 苯胺 硝基苯 污水

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0097-01

一般來說，工業污水具有濃度多變，成分復雜，含有許多毒性大、難生物降解的持久性污染物，這些特點決定了應用傳統水處理工藝中的物理方法和生物方法往往不是都能得到滿意的處理效果。尤其是含有苯胺、硝基苯等工業有機污水，其危害程度更大，這些難降解的有機物危害主要是自身的毒性，當這些有毒的有機物進入到生物的機體時，很容易的在生物的體內累積起來，并且通過各種途徑來危害人類。

硝基苯、苯胺等工業污水是硝基苯及苯胺生產過程中混酸、堿中和及純化等生產工段排出的混合廢水。硝基苯、苯胺化學性能穩定，難開環降解，針對其特性，研究者提出過多種處理方法，主要有物理法、化學還原法、高級氧化法以及生物法等，但都存在一定的缺點。電化學氧化技術是最可能被工業化應用的高級氧化工藝之一，由于其功能多、能量效率高、易于實現自動控制、很強的環境兼容性、設備占地面積小、經濟合算、電子特殊的“清潔性”等優點，逐漸成為研究的熱點[2]。近年來，由于電化學氧化法在苯胺、硝基苯等工業污水凈化、垃圾滲透液、制革污水、印染污水、煉油污水等領域的應用研究進展，使人們對這一方法的期待更加迫切。

1 電極-Fenton技術

Fenton試劑作為一項高級的氧化技術，它是由H.J.Fenton于1894年發現的，并且應用在蘋果酸的氧化上，其實質就是H2O2和二價鐵離子（Fe2+）之間的鏈式反應催化生成了·OH，從而引發和傳播自由基鏈反應，加快有機物和還原性物質的氧化。

Fenton試劑處理法的改進形式電極-Fenton法。這種法充分的利用和結合了Fenton氧化過程和電化學的過程兩者的氧化能力。而這種方法可分為三種：第一種是陰極Fenton法，將氧氣噴射在石墨、多孔碳、陰極碳上，失去兩個電子而產生H2O2，并與Fe2+發生Fenton反應，該方式要求體系有較高的酸度。A.Mehmet等人以炭纖維為陰極，鉑絲為陽極，利用溶液中的溶解氧和陽極電生的氧氣在陰極還原生成雙氧水，繼而與投加的亞鐵離子構成Fenton試劑，對苯胺工業有機污水溶液進行了降解研究。第二種是陽極電Fenton法，它利用犧牲陽極，通過電極反應生成亞鐵離子與加入的雙氧水構成Fenton試劑，對有機物進行降解，這種方法可以實時的控制雙氧水和亞鐵離子的配比。例如W.Qiquan等人，以鐵作為犧牲陽極，以一定速度連續向體系中加入雙氧水，對硝基苯等工業溶液進行了治理研究。第三種就是利用電極反應構成Fenton體系，它可以在產生Fenton試劑的同時利用過量鐵離子進行混凝沉淀。鄭曦等人采用多孔石墨為陰極，不銹鋼為犧牲陽極，同時在陰極通入空氣電生雙氧水，對染料廢水進行了治理研究。

2 鐵內電解還原技術

近年來，內電解還原法在治理苯胺、硝基苯等工業難降解有機污水方面的研究十分活躍。該方法基于金屬腐蝕溶解的電化學原理，即利用兩種具有不同電極電位的金屬或金屬和非金屬相互接近，浸沒在廢水中形成原電池，并產生電場。借助電場作用，使廢水中的膠體粒子和雜質通過電極沉積、凝聚和氧化還原的電化學反應，使廢水得到凈化。鐵單質發生陽極腐蝕釋放電子，苯胺、硝基苯等工業難降解有機污水在陰極得到電子轉化為毒性低的有機物。

3 電解氧化技術

電解氧化技術是利用陽極的高電位，來降解溶液中的有毒化合物。但反應受到電極材料及副反應—— 析氧反應的限制這會降低反應效率，因此，需要抗氧氣氣體生成的新型電極材料。電解氧化技術可分為直接氧化和間接氧化兩種。

在電解過程中產生大量的·OH，正是這些氧化能力極強的·OH使有機污染物得以氧化降解。利用電解氧化法處理廢水，自20世紀40年代就被提出，但是主要用于處理回收廢水中的貴金屬，且由于電力缺乏，成本較高，該方法一直發展緩慢。隨著電力工業的迅速發展，電解法開始引起人們的極大興趣。近年來，隨著有機電化學理論的研究的深入以及三維電極、離子群電極等的研究應用，使電解法在處理有機廢水方面向前推進了一大步。目前含苯酚廢水、含苯胺廢水、染料廢水、含有機氯化物廢水等均可通過電解氧化法使COD去除率達96%以上。

4 電催化氧化技術

電催化氧化技術治理苯胺、硝基苯等工業污水是通過陽極反應直接降解有機物，以及通過陽極反應產生的羥基自由基、臭氧等氧化劑降解苯胺、硝基苯，這種降解途徑使苯胺、硝基苯分解更徹底，不易產生有毒中間產。直接電催化氧化方法已被成功地應用于苯胺、硝基苯等紡織和印染廢水的處理。Kirk等人研究表明，直接電氧化技術可使苯胺染料的轉化率達97%，其中72.5%氧化為CO2，電解效率為15%～40%[3]。

研究表明，由于特殊的電子特殊的“清潔性”，電化學氧化技術中的電極-Fenton法和電解氧化法更是目前研究的熱點。

參考文獻

[1]Tak-Hyun Kim，Chulhwan Park， Jinwon Lee，et al.Pilot scale treatment of textile wastewater by combined process（fluidized biofilm process-chemical coagulation-electrochemical oxidation）Wat.Res.2002，36：3979-3988.

[2]L.J.J.Janssen，L.Koene.The role of electrochemistry and electrochemical technology in environmental protection[J]. Chem.Eng.J.2009，85：137-146.

[3]Kirk D W，Sharifian H，Foulkes F R. Anodic oxidation of aniline for wastewater treatment[J].J.Appl.Electrochem.1994，（39）：1857～1862.