电芬顿水处理技术最新研究进展

北方环境第23卷第11期2011年11月·应用技术·电芬顿水处理技术最新研究进展李华亮，唐念，赵宁(广东电网公司电h科学研究院，广州510080)摘要：在各种高级氧化技术中，芬顿法倍受人们的青昧。而电芬顿作为一种新型电化学氧化技术，由于它在阴极和阳极都能产生羟基自由基(·OH)氧化降解水体中污染物，引起了学者们广泛地关注本文主要介绍了近年来电芬顿水处理技术的国内外最新研究进展，并展望该技术的应用前景。关键词：电芬顿；水处理技术；羟基自由基中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1007—0370(2011)11—0182—01前言电芬顿法(EF)是以屯化学法产生的Fe“和(或)H：0作为芬顿试剂的持续来源，降解污染物的一种处理技术。其优点是：自动产生芬顿试剂的机制较完善，致使有机物降解的因素较多，除·OH的氧化作用外．还有阳极氧化、电吸附等。此法以设备简易、降解能力强、电耗低而被广泛研究1作用原理芬顿反应由Fe“和H：O：之间的链式反应催化生成·OH，其中Fe!主要是作为反应的催化剂，而tt，0，通过反应产生的·OH则起到氧化作用。基本作用原理如下：H，0，+Fe2++H—}Fe·OH+H，0在EF法巾，通过还原溶解氧获得H0：，如式所示，而生成的02再与Fe发生Fenton反应，产生·OH，Fe可由外部投加或通过阳圾氧化获得。02+2H+2e一H202Fex++e一—+Fe2电芬顿技术在水处理中的研究进展日前EF法研究的主要进展包括：对电极材料的研制；协同氧化技术；电解池结构开发；催化剂的研究。2．1电极材料电极材料的研究一直都是电化学氧化的热点。阳极材料研究集中在对P￡和涂布硼砂的金刚碳(BDD)以及其他具有高析氧电位的惰性材料为主。而阴极材料主要发生两电子还原反应，目前研究较多的有：多孔石墨、碳一PTFE、活性炭纤维(ACF)等。通过在纯Ti网经电镀形成一层多孔结构的TiO，膜后将其作为阳极，与网状波碳阴极构成了EF反应系统对污染物具有很好的去除效果。在pH值3．0条件下用Pt和BDD氧化水杨酸，其中Pt的fOH)一0一反应中心不如BDD的降解污染物能力强。有研究实验表明：降解效率依次是Pt／碳接触电极>BDD／碳接触电极>Pt／氧扩散电极>BDD／氧扩散电极。在阴电圾研究方面，石墨、石墨一PTFE电极由于其较强的吸附催化性能而得到广泛应用。ACF同样作为一种具有较高吸附性能的碳类电极材料。比石墨电极具有更大比表面积，能产生更高浓度的H：O：。此外，聚吡咯导电聚合物电极，在中性pH条件下能提高H：O的生成量。一种新颖的以脱乙酰壳多糖络合铁为催化剂的夹层电极．也具有较好的稳定性和催化性，并且能够重复利用。此外，纳米材料电极在EF系统中也有应用。182NORTHERNENVIRONMENT2．2EF协同氧化技术目前，利用屯和光协同反应具有较好前景。在普通Fen／on法的基础上．通过外加电流，紫外光，两种作用加速了活性氧化物质的产生，从而达到快速深度地降解有机物的效果。Brillas等[】在这个方向做了大量的工作。他们分别研究了直接阳极氧化法，二氧化钛光催化．EF法、光电Fenlon法(PEF)的降解效果。结果表明，PEF法无论是降解速率还是TOC去除率均优于其他3种方法。主要原是紫外光的照射可以有效地加速EF氧化过程中产生的一些稳定的中间产物的降解，可将日标污染物可完全矿化为CO，，反应时间缩短，消耗的HO：大为减少。此时，除发生均相的EF反应，还同时发生非均相的光催化反应，矿化效率比单纯的EF要高。而且紫外光和太阳光均能完全使目标物矿化，在降解速率方面．太阳光略快l丁UVA，且工业上成本低。除了将光引入EF系统，最近还出现了将超声波或等离子等技术引入EF系统。这两种技术均能够提高1fO：的产量，提高对水体中污染物的降解效率。但是超声引入，在对不同的污染物，效果不同，由于超声波的排气效应，辐射能量不宜过高。2．3电解池结构研究目前的研究中最常见电解池是阴阳极一体式电解系统。此外，还有一种在电极之间区域填充颗粒状工作电极的三维电极系统。三维电极装置设置包括阳极区填充表面负载掺sb的SnO，的多孔钛，阴极区填充网状玻璃态碳，中间以Nation膜隔开。有机物在阳极区域直接降解；在阴极区通过EF法被氧化。也有研究对实际染料废水做了类似的尝试，其在阴极室填充了一些石墨拉西环，在底部输入溶液和氧气。他们对影响实验降解效果的几个参觌电解时间、电流密度、曝气强度、亚铁离子浓度、温度以及pH值等条件做了测定。总体来讲，国内外对微电极产·OH的研究还不深入所以有必要深入研究三维电极反应器内的粒子电极电位分布、电场分布以及变化规律、颗粒的物理化学性质对有机物降解等规律。2．4其他类型催化剂的研究除Fe对HO具有催化作用外，Fe¨、Cu“、Mn