多电极在塔式电芬顿反应器中的应用

总第２２２期２０１８年６月南方金属ＳＯＵＴＨＥＲＮＭＥＴＡＬＳＳｕｍ．２２２Ｊｕｎｅ２０１８收稿日期：２０１８－０２－２７作者简介：张柏锻（１９６３－），男，１９８６年毕业于武汉水运工业学校船机修理与制造专业，助理工程师．文章编号：１００９－９７００（２０１８）０３－００４１－０３多电极在塔式电芬顿反应器中的应用张柏锻，黄绮佳（广州半导体材料研究所，广东广州５１０６１０）摘要：传统的芬顿反应器的铁板阳极容易被氧化沉积物覆盖，从而降低了阳极氧化的速度．对电芬顿的电极进行改造，可以增加溶液跟铁电极的接触面积和减少铁电极表面的沉积物，提高电芬顿的Ｈ２Ｏ２、Ｆｅ２＋产生量，从而提高羟基自由基·ＯＨ浓度，达到提高降解污染物的效率．关键词：电芬顿；塔式反应器；工作电极；有机物降解；Ｈ２Ｏ２；Ｆｅ２＋；废水处理中图分类号：ＴＱ１５０．９文献标识码：ＢＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｕｌｔｉＥｌｅｃｔｒｏｄｅｓｉｎＦｅｎｔｏｎＥｌｅｃｔｒｉｃＴｏｗｅｒＲｅａｃｔｏｒＺＨＡＮＧＢａｉｄｕａｎ，ＨＵＡＮＧＱｉｊｉａ（ＧｕａｎｇｚｈｏｕＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭａｔｅｒｉａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，５１０６１０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰｌａｔｅａｎｏｄｅｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＦｅｎｔｏｎｒｅａｃｔｏｒｃａｎｅａｓｉｌｙｂｅｃｏｖｅｒｅｄｗｉｔｈｏｘｉｄｉｚｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｕｓｉｔｗｉｌｌｒｅｄｕｃｅｔｈｅａｎｏｄｉｃｏｘｉｄａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙ．ＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｅｎｔｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｃａｎｂｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｆｏｒａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏｎｔａｃｔａｒｅａｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｒｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓａｎｄｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｏｎｉｒｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｕｒｆａｃｅ，ｂｙｗｈｉｃｈｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＨ２Ｏ２，Ｆｅ２＋ｆｒｏｍｔｈｅＦｅｎｔｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｘｙｌｆｒｅｅｒａｄｉｃａｌ·ＯＨｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏＦｅｎｔｏｎ；ｔｏｗｅｒｒｅａｃｔｏｒ；ｗｏｒｋｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；ｏｒｇａｎｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ；Ｈ２Ｏ２；Ｆｅ２＋；ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ０引言电芬顿法（ＥｌｅｃｔｒｏＦｅｎｔｏｎＰｒｏｃｅｓｓ）是通过电化学作用持续产生Ｆｅ２＋和（或）Ｈ２Ｏ２，并发生芬顿反应，产生活性自由基·ＯＨ．此外，反应中阳极氧化以及电吸附等过程也是降解有机物的有效途径．有关电芬顿的研究始于２０世纪８０年代，主要关注于处理难降解有机化合物，特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水，如垃圾渗滤液的深度处理、染料、杀虫剂、酚类化合物等．电芬顿法具有电化学反应和芬顿反应的特点，具有氧化能力强、能耗低等优点，被认为是一种环境友好型的处理方法，在国内外受到广泛重视和研究．电芬顿法作为一种新兴的废水处理技术，对于处理高浓度的难降解有机废水效果良好．难降解有机物，通过电芬顿氧化降解，可变为可生化性化合物或者降解为容易从废水分离出来的固体物质［１］．１影响传统电芬顿反应速率缓慢的原因分析和改造方案电芬顿法的分类：电芬顿法可根据Ｆｅ２＋不同的产生方式分为以下２种方法１）阳极牺牲法阳极牺牲法是指使用平板铁或者铁网为阳极，氧化Ｆｅ获得Ｆｅ２＋的方法．阳极反应为：Ｈ２Ｏ２可以由人工投入，或者经由Ｏ２在阴极还原产生，此时的阴极反应为：阳极Ｆｅ－２ｅ－＝Ｆｅ２＋２Ｈ２Ｏ－４ｅ－＝Ｏ２＋４Ｈ－该法去除效果好，但耗电量较高，如果外加Ｈ２Ｏ２能耗较大，运行成本高．［２］２）阴极还原法阴极还原法是指阴极上还原Ｆｅ３＋为Ｆｅ２＋的方法．阴极反应为：阴极２Ｈ２Ｏ＋２ｅ－＝Ｈ２↑＋２ＯＨ－溶液中的反应Ｆｅ２＋＋Ｈ２Ｏ２＝－ＯＨ＋ＯＨ－＋Ｆｅ３＋Ｆｅ３＋＋３ＯＨ－＝Ｆｅ（ＯＨ）３一般Ｆｅ３＋借助于Ｆｅ（ＯＨ）３污泥或者Ｆｅ２（ＳＯ４）３产生．Ｈ２Ｏ２的产生同阳极牺牲法．在实际应用中，在两个平面极板（阳极、阴极）的基础上加一个工作电极（三维电极），三维电极可以缩短反应时间、提高反应速率．刘伟等使用三维电芬顿反应器降解罗丹明Ｂ时发现，其去除率要高于单纯的三维电化学反应器或者二维电芬顿系统．在该反应器中，活性炭纤维和Ｔｉ／ＲｕＯ２－ＩｒＯ２复合电极分别为阴极和阳极，泡沫镍颗粒为填充粒子电极．他们证实了三维电芬顿系统之所以拥有较高的去除率，是因为Ｏ２通过泡沫镍表面的单电子通道形成了·Ｏ２－基团，