电催花氧化处理高浓度有机废水20100714

————————————————————————————————————————————————————————————————电化学氧化处理高浓度有机废水电化学氧化处理高浓度有机废水一电催化氧化原理电催化氧化原理水中溶解氧分子，低压电场中得到电子，形成O2-氧自由离子，催化条件下，水体产生H2O2,并同时诱发出羟基自由基离子·OH。使部分有机物矿化成CO2和H2O，剩余有机物大分子断链成小分子，并同时被氧化成脂肪酸，这是，BOD/COD比值将增大，保证后续厌氧和好氧处理设施的正常运行。1.1催化氧化机理催化氧化机理过氧化氢H2O2的生成。外部提供的O2捕集外电场提供的电子，形成氧自由基离子O2-，最后经一系列反应生成H2O2O2＋e-→O2-(1)H2O→H++OH-(2)O2-＋H+→·O2H(3)2·O2H→H2O2＋O2(4)·O2H→HO2-＋O2(5)HO2-＋H+→H2O2（6）装置产生羟基自由基的机制是：首先生成H2O2然后分解为羟基自由基（OH）。H2O2+e-OH-+·OHH2O2+M2+OH-+·OH+M3+M2++·OHOH-+M3+H2O2+M3+H++·O2H+M2+H2O2+·O2HO2+H2O+·O2H有机物的矿化R+·OHH2O+R·R·+M3+M2++R+R++O2ROO-·····CO2+H2O注释：R代表有机物，M代表催化剂金属原子1.2电催化氧化优点电催化氧化优点————————————————————————————————————————————————————————————————羟基自由基(OH)的氧化性极强，仅次于氟(F2)，比臭氧(O3)强很多；OH自由基氧化降解有机物的化学反应是链式反应，也就是说一旦氧化反应发生，只要不加入抑制剂，反应会一直不断连续循环进行下去；运行费用低，对有机污染化合物的降解具有彻底性（可以一直氧化为二氧化碳和水）和广普性（任何有机物可被氧化降解）；投资省（相对于臭氧等强氧化技术）、安全可靠，是一种清洁的极强化剂，不存在二次污染问题。虽然电催化氧化优点多，但长期以来，由于工艺降解有机物的电流效率低，能耗高，同时缺乏适当的电极材料，难以实现工业化。近二十年来，对国内外研究者从研究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，已有小装置用于工业化，但其运行成本高，处理效率仍然比较低，所以本文就近年对电催化研究成果及其趋势作简单的介绍。二影响因素影响因素2.1电极材料对有机物降解的影响电极材料对有机物降解的影响电催化性能的变化本质上不是电位、电流等外部条件引起，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PdO2、石墨、TiO2/Ti以及SnO2/Ti等，也有用Pt电极。2.1.1常规电极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；具有较好的耐腐蚀性；易加工成不同形状的电极；价格便宜，但碳和石墨作为阳极材料使用时，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。2.1.2钛基涂层电极（钛基涂层电极（DSA）DSA是金属钛作为电极基态，表面涂覆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。将具有变化的金属氧化物SnO2、TiO2、RuO2等修饰在钛基体表面上，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是，往往更能提高电催化活性。用含中间层的DSA的电极电催花氧化硝基苯废水，发现利用外加电解质加强传质，运用废水中的盐度，当电流密度为20mA/cm2、电解质浓度为10g/L、pH=5、极板间距=2cm时，电催花氧化体系对硝基苯的去除率达到最大。阳极催化氧化降解有机物的基本原理是利用有催化活性的阳极电极，使之吸附在其表面的有机物发生催化氧化