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1、电催化氧化处理难降解废水技术研究进展摘要:电催化氧化处理难降解废水技术已得到了广泛关注。本文从电极材料与应用,电极结构及反应器形状,以及与其它处理方法联用等综述了最新研究进展,并在此基础上总结出了电催化氧化技术今后的发展方向。关键词:电催化氧化;难降解废水;电极;反应器;联用1前言现代工业的发展使含有高浓度难降解有机污染物的工业废水日益增多,常规的物理、化学、生物方法难以满足净化处理在技术和经济上的要求。利用光、声、电、磁及其他无毒试剂催化氧化技术处理有机废水,尤其是难于生化降解、对人类危害极大的/三致0(致癌,致畸,致突变)有机污染物,是当前世界水处理相当活跃的研究领域。电
2、催化氧化过程是通过阳极反应直接降解有机物,或通过阳极反应产生羟基自由基(#OH)、臭氧一类的氧化剂降解有机物,这种降解途径使有机物分解更加彻底,不易产生毒害中间产物[1]。在反应中,电子是主要反应试剂,不必添加额外化学试剂[2],设备体积小占地少,便于自动控制,不产生二次污染。但长期以来,由于缺乏适当电极材料,该工艺降解有机物的电流效率低,能耗高,难以实现工业化,所以没有被广泛应用[3]。近二十年来,国外许多研究者从研制高电催化活性电极材料着手,对有机物电催化影响因素和氧化机理进行了比较系统的研究,并将其应用到难降解废水中。本文对近年来电极材料及机理,工业应用及其发展趋势作了
3、介绍。2电极材料及其应用电催化性能的变化本质上不是电位、电流等外部条件引起的,而是电极材料本身的影响。对难降解有机污染物的电化学降解问题,最重要的是电极材料的设计与制备。不同的电极材料,对应着不同的转化结果和转化机制。阳极氧化所选用的阳极材料通常都具有较高的析氧超电势,如PbO2、石墨、TiO2/Ti以及SnO2/Ti等,也有用Pt电极的。2、1常规电极碳电极和石墨电极,是电化学工业中应用最广泛的电极材料。碳和石墨电极具有许多优点:导电和导热性能均好;具有较好的耐蚀性;易加工成不同形状的电极;价格便宜。但碳和石墨作为阳性材料使用时,特别是在酸性溶液中,其电化学氧化将造成电极的
4、损耗——不仅使外层碳原子生成CO和CO2,而且可造成石墨膨胀、剥落。溶液的浓度、pH值均影响碳材料的阳极腐蚀,并且降解产生的聚合物易吸附在电极表面阻碍反应进行,使得电催化效率大为降低[4]。I1Sires用Pt作阳极光电催化处理对扑热息痛制药废水(乙酰氨基酚),产生的OH#是比H2O2更强的氧化剂,反应6小时,TOC降解率达到95%[5]。石墨电极极易腐蚀、贵金属价格昂贵,而非金属的氧化物化学稳定性好、价格便宜,比较实用。吴祖成等人使用了经氟树脂改性的PbO2电极,能耐强酸介质,处理效果也很好。Wen应用PbO2阳极电解处理低浓度的含氯溶液,其效果优于石墨电极。Chang等人
5、应用PbO2阳极处理垃圾堆泄出的污水,能有效地破坏微生物难以降解的有机物。2、2钛基涂层电极(DSA)DSA是以金属钛作为电极基态,表面涂敷以铂族金属氧化物为主要组分的活性涂层,如Ti/MnO2、Ti/PbO2、Ti/Pt等。钛电极的优点有:阳极尺寸稳定,电解过程中电极间距离不变化,可保证电解操作在槽电压稳定情况下进行;工作电压低,因此电能消耗小,可节省电能消耗;工作寿命长;可克服石墨阳极和铅阳极溶解问题,避免对电解液和阴极产品的污染;可提高电流密度;耐腐蚀性强;形状制作容易,可高精度化;基体金属钛可多次反复使用。将具有变价的金属氧化物SnO2、TiO2、RuO2等修饰在钛基
6、体表面上,可以制成对阳极反应催化性能较高的电极,而修饰物由二元或三元化合物组成时,往往更能提高电催化活性。Mohan等[9]用RuO2/Ti电极处理AcidBlue113纺织染料废水,染料浓度为0116g/L,电解质NaCl浓度1174g/L时,COD降低了80121%,ICE(瞬时电流效率)为01356,COD的平均能耗为6113KWh/kg。Tahar[10]用Bi2O5-PbO2阳极降解氯酚,发现能抑制析氧的副反应,提高电流效率。Vlyssudes等人以Pt/Ti为阳极,不锈钢为阴极,并以氯化钠为电解质,处理纺织染料废水。在电流密度为0189A/cm,pH8157处理1
7、8分钟,初始COD3325mg/L的废水COD去除率可达86%,BOD5去除可达71%。处理后,色度100%去除,而废水的生化性提高。COD质量的平均能耗21KWh/kg[11]。Rajkumar等[12,13]用Ti/TiO2-RuO2-IrO2作为阳极、石墨电极作为阴极处理含间苯二酚废水,取得了不错的效果。在此之前还没有关于间接电化学氧化苯酚羟基衍生物的报道。COD值能下降到240mg/L(降解率83%),TOC下降169mg/L(降解率68%)。用Ti/TiO2-RuO2-IrO2电极处理制药废水
