电催化氧化技术处理苯酚废水研究_李天成

第11卷第1期2005年2月电化学ELECTROCHEMISTRYVo.l11No.1Feb.2005文章编号:1006-3471(2005)01-0101-04收稿日期:2003-12-16,修订日期,2004-02-22,*通讯联系人:Tel:(86-10)62785524,E-mail:zhusl@mai.ltsinghua.edu.cn中国博士后科学基金(20040350092)资助电催化氧化技术处理苯酚废水研究李天成,朱慎林*(清华大学化学工程系萃取与分离国家重点实验室,北京,100084)摘要:电化学氧化法可有效处理挥发酚类废水,而阳极材料性能直接制约其电氧化效率.本文分别针对不锈钢、柔性石墨和SnO2/Ti复合材料测定了其析氧过电位,并以不锈钢、柔性石墨为阳极材料,在5～6V直流电压下,对合成苯酚废水进行了电化学氧化处理.结果表明:析氧过电位次序为SnO2/Ti>柔性石墨>不锈钢,处理后水的COD值接近或小于100mgL-1,且出水的苯酚浓度小于0.5mgL-1.关键词:阳极极化曲线;过电位;电化学氧化;苯酚中图分类号:X781.1文献标识码:A利用电、磁、光和声的催化氧化特性处理有机废水,特别是难于生物降解的持久性有机污染物(POPs),是当前世界水处理领域的研究热点[1].一些新型的废水处理方法,尤其是电化学转化技术,近年来引起了研究与应用方面的广泛关注[2].此类废水处理的基本原理是使有机污染物在电极表面发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化活性物质使污染物发生转化,即电化学间接转化.被用作废水处理的电极是实现污染物电化学反应和提高电流效率的关键,故也称作“功能性电极”.作为一种清洁处理工艺,电化学法具有高度的灵活性,既可以单独处理,又可与其它处理方法相结合构成复合工艺.例如,作为预处理工艺,可将难降解有机物或生物毒性污染物转化为易生物降解物质,大大提高废水可生化性[3].挥发酚是危害性极大的一类有机污染物,在印染、塑胶、医药、炼油和炼焦等工业废水中广泛存在.由于其毒性及特殊的难闻气味,需在排放前实行有效处理.目前主要的处理技术有活性炭吸附、溶剂萃取、生物法和化学氧化法等,但都存在着这样或那样的缺陷.电化学氧化法可有效地避免上述各处理工艺的不足,从而实现高效净化.本文研究、比较了几种不同电极材料的析氧过电位并应用电化学氧化法处理人工模拟配制的苯酚废水.图1三电极体系流程图Fig.1Schematicdiagramofthreeelectrodessystem1)potentiostat,2)electrochemicalmeasuringsystem,3)counterelectrode:stainlesssteel,4)beaker,5)referencee-lectrode:SCE,6)magneticstirrer,7)workingelectrode:stainlesssteelorgraphite,8)magneticspool1实验装置与工艺流程分别以不锈钢、石墨和SnO2/Ti复合电极作阳极,采用三电极体系线性电位扫描法测定各电极在蒸馏水中的极化曲线,进而分析其析氧过电位,相关实验装置参见图1.图中,参比电极为饱和甘汞电极,不锈钢电极为对电极,由TD3691型恒电位仪与TD73000电化学测试系统测定不同电极材料DOI:牨牥牨牫牪牥牳牤jelectrochem牪牥牥牭牥牨牥牪牨图2电化学氧化法处理苯酚废水实验装置Fig.2TheflowchartofPhenolwastewatertreatedbyelec-trochemicaloxidation1)directcurrentresource,2)anodes,3)cathodes,4)electrochemicalreactor的析氧过电位.按图2装置,分别以不锈钢和石墨作阳极材料,电化学氧化人工模拟苯酚废水,研究不同阳极材料对苯酚去除效果的影响.图2中,电化学反应器容积为2L,电极浸入废水的部分为20cm×8cm(电极共8块).为增强溶液的导电性并提高氧化反应速率,实验时需于苯酚废水中加入强电解质,一般为无水硫酸钠.2结果与讨论2.1阳极极化曲线与析氧过电位图3示出不锈钢、石墨和SnO2/Ti复合材料在蒸馏水中的阳极极化曲线.如图可见,不锈钢材料的析氧过电位很低,仅约300mV(图3a),故其对有机污染物的电化学氧化处理,不可避免存在析氧副反应,导致电流效率下降.而石墨阳极的析氧过电位超过1200mV(图3b),有利于有机污染物在阳极表面的转化,相应的电流效率也可有效提高.然而,石墨材料的实际应用却存在局限性,原因是机械强度差,腐蚀严重,尤其是对酸性废水的处理,更加容易损坏.相对而言,SnO2/Ti复合材料的析氧过电位很高,超过15