電化學催化氧化工藝分析

袁犇 魏旭兵 張景飛 梁啟生 范浩乾

摘 ?要：科技的快速發展使我國經濟建設發展迅速。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、鍍層和鈦板結合牢固、電解氧化效率高等特點，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。

關鍵詞：電化學;催化氧化工藝

引言

我國經濟的快速發展使我國各行業有了新的發展空間和機遇。基于電催化的高級氧化技術因其適用范圍廣、處理迅速徹底且不產生二次污染物等優點，近年來一直被廣泛關注。采用DSA電極（Ti/Ru0.3Ti0.7O2）電化學輔助的光催化電極降解活性藍19（C.I.ReactiveBlue19），120min時活性藍19幾乎全部降解。

1電化學催化氧化工藝原理

電化學催化氧化工藝又叫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，早在20世紀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性問題，發展一直較緩慢，故多用于處理含氰、含鉻的電鍍廢水。隨著電力及相關工業的發展，近年來電解法成為水處理技術的熱點，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基團的氧化作用，其是由水通過電化學作用產生的，該基團具有很強的氧化活性，對作用物幾乎無選擇性。電解法水處理技術的優點：1）過程中產生的·OH無選擇地直接與廢水中的有機污染物反應，將其降解為二氧化碳、水和簡單有機物，沒有或很少產生二次污染;2）能量效率高，電化學過程一般在常溫常壓下就可進行;3）既可作為單獨處理技術，又可與其他處理技術相結合，如作為前處理技術，可以提高廢水的生物降解性;4）電解設備及其操作一般比較簡單，如果設計合理，費用并不昂貴。電解法水處理技術的缺點：電流效率仍然偏低、能耗大、電催化降解反應器的效率較低，處理成本高。電解法水處理技術的適用范圍：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等有機物質。

2電極制備

該實驗的整體電化學測試均使用CHI660D型電化學工作站完成，該實驗主要采用三電極體系，使用超純水配制所需測試溶液，相關實驗在室溫條件下進行。首先是工作電極的制備，在電化學測試過程中，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行去污、打磨，使用不同規格的氧化鋁粉末（常見規格為1.0μn、0.3μm等），對工作電極進行拋光打磨，直到出現鏡面為止，之后用乙醇和去離子水完成超聲清洗，最后用氮氣進行風干操作。根據具體情況，對電極進行合理修飾，做好與工作電極相關的化學測試工作。其次，所有測試結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，在電位區間選擇上，需要將其控制在1.2～0.24V。最后，在掃描速度設置上，以100mV/s為主，整個循環掃描的圈數為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時的耦合機制。電流密度的增加對單電與光電系統的反應速率均有促進作用，但對光電體系的促進作用更強。因此，不同電流密度影響下，光催化與電催化反應表現出較強的協同效應，在I=5.0mA/cm2時，協同度高達41.66%。其原因為對于光電耦合體系，電流密度的加大對光催化與電催化反應均有利。對于光催化反應而言，電流密度的增加可減少光生電子空穴對的復合，使得體系產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，電流密度的增加進一步促使氯離子轉化為氯自由基、自由氯等氯類活性氧化物質，加快了電催化速率。

4結構特點

1）在工作時脈沖占空比可在5%～80%間任意調節，頻率在100～3000Hz間任意調節，根據不同水處理工藝要求，合理調節脈沖占空比及頻率范圍;2）設備控制電路板由電源變壓器、電壓、電流檢測、振蕩電路、驅動電路、功率放大電路、脈沖調制等部分電路組成;3）當輸出電流超過額定電流的110%時，能自動快速切斷主電源，以保護脈沖驅動管等元件;4）電絮凝污水處理電源內裝有變壓器、整流元件及控制元件板等控制元件，元件箱內裝有控制板、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、調整電位器均裝在主機面板上;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機，以保證變壓器（F）型及整流、驅動元件的冷卻。

5電催化氧化水處理器的優勢

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

結語

電催化氧化水處理技術廣泛應用于電鍍廢水、油田生產過程中各類廢水、市政垃圾滲濾液濃縮液、化工廢水、制藥廢水、農藥廢水、染料中間體廢水、印染廢水、制革廢水、造紙黑液等領域。電催化氧化水處理技術具有氧化還原、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，同時還可以回收廢水中的貴重金屬等優點。

參考文獻

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