电化学氧化技术治理苯胺、硝基苯等工业污水进展研究

摘 要：研究了含苯胺、硝基苯等工业有机污水的危害性和治理进展，研究表明，由于特殊的电子特殊的“清洁性”，电化学氧化技术中的电极-Fenton技术、铁内电解还原技术、电解氧化技术、电催化氧化技术都是其治理的热点。

关键词：电化学氧化技术 苯胺 硝基苯 污水

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0097-01

一般来说，工业污水具有浓度多变，成分复杂，含有许多毒性大、难生物降解的持久性污染物，这些特点决定了应用传统水处理工艺中的物理方法和生物方法往往不是都能得到满意的处理效果。尤其是含有苯胺、硝基苯等工业有机污水，其危害程度更大，这些难降解的有机物危害主要是自身的毒性，当这些有毒的有机物进入到生物的机体时，很容易的在生物的体内累积起来，并且通过各种途径来危害人类。

硝基苯、苯胺等工业污水是硝基苯及苯胺生产过程中混酸、碱中和及纯化等生产工段排出的混合废水。硝基苯、苯胺化学性能稳定，难开环降解，针对其特性，研究者提出过多种处理方法，主要有物理法、化学还原法、高级氧化法以及生物法等，但都存在一定的缺点。电化学氧化技术是最可能被工业化应用的高级氧化工艺之一，由于其功能多、能量效率高、易于实现自动控制、很强的环境兼容性、设备占地面积小、经济合算、电子特殊的“清洁性”等优点，逐渐成为研究的热点[2]。近年来，由于电化学氧化法在苯胺、硝基苯等工业污水净化、垃圾渗透液、制革污水、印染污水、炼油污水等领域的应用研究进展，使人们对这一方法的期待更加迫切。

1 电极-Fenton技术

Fenton试剂作为一项高级的氧化技术，它是由H.J.Fenton于1894年发现的，并且应用在苹果酸的氧化上，其实质就是H2O2和二价铁离子（Fe2+）之间的链式反应催化生成了·OH，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化。

Fenton试剂处理法的改进形式电极-Fenton法。这种法充分的利用和结合了Fenton氧化过程和电化学的过程两者的氧化能力。而这种方法可分为三种：第一种是阴极Fenton法，将氧气喷射在石墨、多孔碳、阴极碳上，失去两个电子而产生H2O2，并与Fe2+发生Fenton反应，该方式要求体系有较高的酸度。A.Mehmet等人以炭纤维为阴极，铂丝为阳极，利用溶液中的溶解氧和阳极电生的氧气在阴极还原生成双氧水，继而与投加的亚铁离子构成Fenton试剂，对苯胺工业有机污水溶液进行了降解研究。第二种是阳极电Fenton法，它利用牺牲阳极，通过电极反应生成亚铁离子与加入的双氧水构成Fenton试剂，对有机物进行降解，这种方法可以实时的控制双氧水和亚铁离子的配比。例如W.Qiquan等人，以铁作为牺牲阳极，以一定速度连续向体系中加入双氧水，对硝基苯等工业溶液进行了治理研究。第三种就是利用电极反应构成Fenton体系，它可以在产生Fenton试剂的同时利用过量铁离子进行混凝沉淀。郑曦等人采用多孔石墨为阴极，不锈钢为牺牲阳极，同时在阴极通入空气电生双氧水，对染料废水进行了治理研究。

2 铁内电解还原技术

近年来，内电解还原法在治理苯胺、硝基苯等工业难降解有机污水方面的研究十分活跃。该方法基于金属腐蚀溶解的电化学原理，即利用两种具有不同电极电位的金属或金属和非金属相互接近，浸没在废水中形成原电池，并产生电场。借助电场作用，使废水中的胶体粒子和杂质通过电极沉积、凝聚和氧化还原的电化学反应，使废水得到净化。铁单质发生阳极腐蚀释放电子，苯胺、硝基苯等工业难降解有机污水在阴极得到电子转化为毒性低的有机物。

3 电解氧化技术

电解氧化技术是利用阳极的高电位，来降解溶液中的有毒化合物。但反应受到电极材料及副反应—— 析氧反应的限制这会降低反应效率，因此，需要抗氧气气体生成的新型电极材料。电解氧化技术可分为直接氧化和间接氧化两种。

在电解过程中产生大量的·OH，正是这些氧化能力极强的·OH使有机污染物得以氧化降解。利用电解氧化法处理废水，自20世纪40年代就被提出，但是主要用于处理回收废水中的贵金属，且由于电力缺乏，成本较高，该方法一直发展缓慢。随着电力工业的迅速发展，电解法开始引起人们的极大兴趣。近年来，随着有机电化学理论的研究的深入以及三维电极、离子群电极等的研究应用，使电解法在处理有机废水方面向前推进了一大步。目前含苯酚废水、含苯胺废水、染料废水、含有机氯化物废水等均可通过电解氧化法使COD去除率达96%以上。

4 电催化氧化技术

电催化氧化技术治理苯胺、硝基苯等工业污水是通过阳极反应直接降解有机物，以及通过阳极反应产生的羟基自由基、臭氧等氧化剂降解苯胺、硝基苯，这种降解途径使苯胺、硝基苯分解更彻底，不易产生有毒中间产。直接电催化氧化方法已被成功地应用于苯胺、硝基苯等纺织和印染废水的处理。Kirk等人研究表明，直接电氧化技术可使苯胺染料的转化率达97%，其中72.5%氧化为CO2，电解效率为15%～40%[3]。

研究表明，由于特殊的电子特殊的“清洁性”，电化学氧化技术中的电极-Fenton法和电解氧化法更是目前研究的热点。

参考文献

[1]Tak-Hyun Kim，Chulhwan Park， Jinwon Lee，et al.Pilot scale treatment of textile wastewater by combined process（fluidized biofilm process-chemical coagulation-electrochemical oxidation）Wat.Res.2002，36：3979-3988.

[2]L.J.J.Janssen，L.Koene.The role of electrochemistry and electrochemical technology in environmental protection[J]. Chem.Eng.J.2009，85：137-146.

[3]Kirk D W，Sharifian H，Foulkes F R. Anodic oxidation of aniline for wastewater treatment[J].J.Appl.Electrochem.1994，（39）：1857～1862.