电催化技术应用-郑振阳(新).ppt

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1、电催化技术（TechnologyofElectrocatalysis)化学工程：郑振阳主要内容电催化去污的基本原理电催化处理废水反应器及应用电催化技术的优点，局限性及展望电催化去污的基本原理电化学催化电化学还原电化学氧化电凝聚作用电浮选光电化学氧化直接还原间接还原直接氧化间接氧化电化学转化电化学燃烧1.电化学还原直接还原：污染物直接在阴极上得到电子而发生还原。许多金属的回收即属于直接还原过程，同时该法可使多种含氯有机物转变成低毒性物质，提高产物的可生物降解性。间接还原：利用电化学过程中生成的一些

2、还原性物质如Ti3+，V2+和Cr2+将污染物还原去除，如二氧化硫的间接电化学还原可转化成单质硫：2.电化学氧化直接氧化：污染物直接在阳极失去电子而发生氧化，有机物的直接电催化氧化分两类进行。（1）电化学转换——即把有毒物质转变为无毒物质，或把难生化的有机物转化为易生化的物质（如芳香物开环氧化为脂肪酸），以便进一步实施生物处理；（2）电化学燃烧——即直接将有机物深度氧化为CO2。有研究表明，有机物在金属氧化物阳极上的氧化反应机理和产物同阳极金属氧化物的价态和表面上的氧化物种有关。——在金属氧化物

3、MOx阳极上生成的较高价金属氧化物MOx+1有利于有机物选择性氧化生成含氧化合物；——在MOx阳极上生成的自由基MOx(·OH)有利于有机物氧化燃烧生成CO2。具体反应机理如下：在氧析出反应的电位区，金属氧化物表面可能形成高价态氧化物，因此在阳极上存在两种状态的活性氧，即吸附的氢氧自由基和晶格中高价态氧化物的氧。阳极表面氧化过程分两阶段进行——首先溶液中的H2O或·OH在阳极上形成吸附的氢氧自由基:MOx+H2O→MOx(·OH)+H++e-然后吸附的氢氧自由基中的氧转移给金属氧化物晶格，形成高

4、价氧化物：MOx(·OH)→MOx+1+H++e-当溶液中不存在有机物时，两种状态的活性氧发生氧析出反应：MOx(·OH)→O2+MOx+H++e-MOx+1→MOx+O2当溶液中存在可氧化的有机物R时，反应如下:R+MOx(·OH)→CO2+MOx+H++e-R+MOx+1→MOx+RO在含氰化物、含酚、含醇、含氮有机染料的废水处理中，直接电化学氧化发挥了非常有效的作用。间接氧化：通过阳极反应生成具有强氧化作用的中间产物或发生阳极反应之外的中间反应生成的中间物质（·OH、·O2、·HO2等自由

5、基），氧化被处理污染物，最终达到氧化降解污染物的目的。为了得到高的转化效率，电催化氧化还原作用过程必须满足以下要求：（1）氧化还原剂的生成电位必须不靠近析氢或析氧反应的电位；（2）氧化还原剂的产生速度足够大；（3）氧化还原剂与污染物的反应速度比其他竞争反应的大；（4）其他物质（或污染物）在电极上的吸附小3.电凝聚作用在电解过程当中，如果采用铝质或铁质的可溶性阳极，通以直流电后，阳极材料会在电解过程当中发生溶解，形成金属阳离子Fe3+、Al3+等，与溶液中的粒子形成具有絮凝作用的胶体物质，这些物质

6、可促使水中的胶态杂质絮凝沉淀，从而实现污染物的去出。5.光电化学氧化在电场作用下，以光催化剂作为电化学催化电极，使阳极发生电催化作用对阳极槽中的有机物进行催化降解的同时，并在紫外光作用下，降解污染物，从而大大提高了对难降解有机物的催化降解效率。电催化废水处理反应器形式及应用电催化废水处理反应器形式电催化技术在废水处理中的应用影响电催化氧化效率的因素1.电催化废水处理反应器形式电化学反应器种类繁多、结构复杂、不同的应用领域，所应用的反应器结构和形式均不完全一样，其中，反应器结构和电极结构是影响电化

7、学应用中电流效率的重要因素之一。电化学反应器分为二维反应器和三维反应器，如下表：常见化学反应器的电极类型二维反应器三维反应器利用电催化氧化处理污水效果图2.电催化技术在废水处理中的应用电催化技术在环境保护中的应用国内状况：电化学水处理技术的研究应用和国外相比比较分散、不系统。（1）重金属的去除和含氰废水的处理；（2）染料工业废水；（3）工业废水；（4）啤酒厂废水国外状况：在国外，用电化学水处理技术处理有机废水的研究非常多。（1）制革废水；（2）印染废水；（3）甲醛废水（4）垃圾渗滤液电化学过程可

8、以有效地破坏大分子有机物，并降低其毒性，处理后的废水可生化降解性提高。3.影响电催化效率的因素影响电催化效率的因素主要包括四个方面：电极材料、电解质溶液、废水的理化性质和工艺因素（电化学反应器的结构、电流密度、通电量等）。（1）电极材料——电极材料选择的好坏，直接影响有机物降解效率的高低（高电势）——尽量避免竞争副反应（析氧反应）——不同的电极材料可引起电化学反应速度发生数量级上的变化——研制高电催化活性的电极材料为了提高电极的催化活性，一般都对电极进行修饰，其方法有：a.在电解液中添加有催化作