电化学技术在环保领域的应用_汪涵

2005年第25卷第5期化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY[收稿日期]2004-11-07;[修订日期]2004-12-28。[作者简介]汪涵(1972—),女,河北省乐亭县人,工程师,主要从事化工环保领域的科学研究工作。电化学技术在环保领域的应用汪涵(大庆石化公司研究院,黑龙江大庆163714)[摘要]详细介绍了电化学技术的各种类型,并综述了电化学技术在环保领域的研究、应用及发展状况。[关键词]电化学;废水处理;废气处理;环境保护[中图分类号]O646[文献标识码]A[文章编号]1006-1878(2005)05-0361-03电化学技术通过方便地控制电极电势就可以实现物质的氧化或还原。该技术可以用于工业产品的生产,是一种基本上对环境无污染的“绿色”生产技术,同时可应用于环境污染治理,通过氧化或还原反应除去对环境有害的物质[1]。电化学技术在国内外都得到了重视,尤其是对难生物降解且对人类危害极大的“三致”(致癌、致畸、致突变)有机污染物的电化学处理技术的研究。此外,应用电化学技术进行环境污染物监测以及开发化学电源,在环境保护中都具有广泛的应用前景。1基本类型主要的电化学处理技术包括:(1)电凝聚(或电气浮)法:电凝聚法也叫电气浮法,即在外电压作用下利用可溶性阳极(铁或铝)产生大量阳离子,对胶体污染物进行凝聚,同时阴极上析出大量氢气微气泡,与絮体粘附在一起上浮,从而实现污染物的分离[2]。(2)电化学氧化法:该法分为直接氧化法和间接氧化法两种,均属于阳极过程。直接氧化法是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质;间接氧化法则是通过阳极反应之外的中间反应,使污染物氧化,最终转化为无害物质[3]。(3)电沉积法:该法利用电解液中不同金属组分的电势差,使自由态或结合态的溶解性金属在阴极析出。适宜的电势是电沉积发生的关键。(4)内电解法:该法作为一种新兴的技术,是利用活性金属填料在废水中形成原电池的原理,通过填料表面电化学反应和后絮凝作用达到净化废水的目的。(5)其它电化学工艺:电吸附、电渗析、离子交换辅助电渗析以及电化学膜分离等技术[4]不仅可以用作清洁生产工艺,预防环境污染,而且它们也是有效的工业废水处理方法。电吸附法可以用来分离水中低浓度的有机物和其它物质。电渗析法可处理含Ni2+、CrO2-4、Sn2+、PO3-3和PO3-2等污染物的工业废水。离子交换辅助电渗析法具有可多样化设计、适用范围广等优点,已成为环保开发应用热点技术。电化学膜分离技术是利用膜两侧的电势差进行物质分离,常用于气态污染物的分离。2应用现状及发展趋势2.1废水处理电化学法处理废水是近年发展起来的颇具竞争力的废水处理工艺。长期以来由于电化学法存在能耗大、电流效率低、成本高及易发生析氧、析氢等副反应的特点,一直没有得到很好的发展。近年来,随着电极材料的开发、反应器的研制及对传统电化学工艺的改进,电化学水处理技术得到了广泛应用。2.1.1电凝聚(或电气浮)法国内外有大量利用该技术治理印染废水、含油废水、化纤废水等多种行业废水的报道。电凝聚法中,通常采用的阳极材料为金属铝或铁。由于该方法消耗铝材的同时还消耗大量的能源,因而它的应用受到了一定的限制。该技术当前的发展方向是,通过改进电源技术、研究新型电极材料及结构,使电能消耗和材料消耗进一步降低[5]。新发展的电源技术主要是脉冲电源。此外,周期换向的脉冲电解新概念在电镀领域已有应用,在废水治理领域尚未见报道[6]。2.1.2电化学氧化法该法不仅适用于处理高浓度废水,对低浓度废水同样可行。近年来通过改进电极结构,可以提高·361·化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2005年第25卷污染物的去除效果,并降低电能耗。废水处理中电化学氧化法研究最多的还是对有机物的氧化,主要集中在对难生物降解物质的处理,如染料、酚以及造纸等多种生产废水中的有机物。电化学氧化法处理有机污染物主要的原理是:有机物的某些官能团具有电化学活性,通过电场的强制作用,官能团结构发生变化,从而改变了有机物的化学性质,使其毒性减弱以至消失,增强了生物可降解性。若是利用电极强化分解作用,再辅以其它次生氧化反应,可使有机物完全矿化。利用电化学方法,可使有机污染物在电极上发生直接电化学反应,转化为无害物质,例如对酚类、含氮有机染料、腈化物等的处理;或发生间接电化学反应,利用电极反应产生强氧化作用的中间物质,将有机污染物氧化,最终降解。电化学方法处理有机污染废水的过程与电极材料、电极表面结构及负荷情况、电解质溶液组成以及浓度等因素相关[4]。在有机物的电氧化过程中,限速步骤一般为电极表面的电子转移步骤,因此寻找具有高效催化性能的电极材料尤为重要。不同的电极材