电化学催化氧化工艺分析

袁犇 魏旭兵 张景飞 梁启生 范浩乾

摘  要：科技的快速发展使我国经济建设发展迅速。分析了废水电解电极及电解氧化处理方法，电解电极具有抗氧化能力强、镀层和钛板结合牢固、电解氧化效率高等特点，可有效去除污水中的COD、氨氮和氯离子，尤其适于高盐高COD或高盐低COD废水的电解氧化处理，并可降低处理成本、避免二次污染。

关键词：电化学;催化氧化工艺

引言

我国经济的快速发展使我国各行业有了新的发展空间和机遇。基于电催化的高级氧化技术因其适用范围广、处理迅速彻底且不产生二次污染物等优点，近年来一直被广泛关注。采用DSA电极（Ti/Ru0.3Ti0.7O2）电化学辅助的光催化电极降解活性蓝19（C.I.ReactiveBlue19），120min时活性蓝19几乎全部降解。

1电化学催化氧化工艺原理

电化学催化氧化工艺又叫EO工艺，简称电解水法。该方法不需要添加氧化剂，无二次污染，条件温和，适用范围广，兼具气浮、絮凝、杀菌作用。电解法作为一种较为成熟的水处理技术，早在20世纪40年代就有人提出，但由于电力等方面的原因，以及电源和极板等专业性问题，发展一直较缓慢，故多用于处理含氰、含铬的电镀废水。随着电力及相关工业的发展，近年来电解法成为水处理技术的热点，研究范围涉及处理印染废水、制药废水、制革废水、造纸黑液、垃圾渗滤液等。电极氧化机理可分为两部分，即直接氧化和间接氧化。直接氧化作用是指溶液中·OH基团的氧化作用，其是由水通过电化学作用产生的，该基团具有很强的氧化活性，对作用物几乎无选择性。电解法水处理技术的优点：1）过程中产生的·OH无选择地直接与废水中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单有机物，没有或很少产生二次污染;2）能量效率高，电化学过程一般在常温常压下就可进行;3）既可作为单独处理技术，又可与其他处理技术相结合，如作为前处理技术，可以提高废水的生物降解性;4）电解设备及其操作一般比较简单，如果设计合理，费用并不昂贵。电解法水处理技术的缺点：电流效率仍然偏低、能耗大、电催化降解反应器的效率较低，处理成本高。电解法水处理技术的适用范围：1）废水深度处理杀菌消毒;2）废水脱色处理;3）废水可生化型处理，提高B/C;4）去除水中的COD等有机物质。

2电极制备

该实验的整体电化学测试均使用CHI660D型电化学工作站完成，该实验主要采用三电极体系，使用超纯水配制所需测试溶液，相关实验在室温条件下进行。首先是工作电极的制备，在电化学测试过程中，主要的工作电极为玻碳电极。修饰电极前，使用金相砂纸对玻碳电极进行去污、打磨，使用不同规格的氧化铝粉末（常见规格为1.0μn、0.3μm等），对工作电极进行抛光打磨，直到出现镜面为止，之后用乙醇和去离子水完成超声清洗，最后用氮气进行风干操作。根据具体情况，对电极进行合理修饰，做好与工作电极相关的化学测试工作。其次，所有测试结果均以甘汞电极作为参比电极测试，值得注意的是，该电极在使用之前需要做好浸泡活化操作，所用溶液为KCl溶液。另外，在电位区间选择上，需要将其控制在1.2～0.24V。最后，在扫描速度设置上，以100mV/s为主，整个循环扫描的圈数为120圈。

3电流密度的影响

其它影响因素保持不变的情况下，考察电流密度分别为1.5mA/cm2、2.5mA/cm2、3.5mA/cm2、5.0mA/cm2时的耦合机制。电流密度的增加对单电与光电系统的反应速率均有促进作用，但对光电体系的促进作用更强。因此，不同电流密度影响下，光催化与电催化反应表现出较强的协同效应，在I=5.0mA/cm2时，协同度高达41.66%。其原因为对于光电耦合体系，电流密度的加大对光催化与电催化反应均有利。对于光催化反应而言，电流密度的增加可减少光生电子空穴对的复合，使得体系产生了更多的羟基自由基，提高光催化速率。而对于电催化反应，电流密度的增加进一步促使氯离子转化为氯自由基、自由氯等氯类活性氧化物质，加快了电催化速率。

4结构特点

1）在工作时脉冲占空比可在5%～80%间任意调节，频率在100～3000Hz间任意调节，根据不同水处理工艺要求，合理调节脉冲占空比及频率范围;2）设备控制电路板由电源变压器、电压、电流检测、振荡电路、驱动电路、功率放大电路、脉冲调制等部分电路组成;3）当输出电流超过额定电流的110%时，能自动快速切断主电源，以保护脉冲驱动管等元件;4）电絮凝污水处理电源内装有变压器、整流元件及控制元件板等控制元件，元件箱内装有控制板、熔断器、继电器、平波电抗器等;5）仪表指示灯、操作按钮、电压表、电流表、频率表、占空比表、多功能显示窗、功能指示灯、调整电位器均装在主机面板上;6）直流采用后面出线;7）电絮凝污水处理电源柜左面装有冷却风机，以保证变压器（F）型及整流、驱动元件的冷却。

5电催化氧化水处理器的优势

电催化氧化装置可以通过阳极产生的强氧化剂迅速氧化污水中有机污染物和微生物有机体，破坏有机物对胶体的保护作用，促进胶体脱稳，形成以络合体为核心的紧密絮体，完成氧化脱稳、形成新核、吸附架桥的初步絮凝过程，同时迅速杀灭水中的细菌和微生物。另外阳极、阴极还可以使污水中的悬浮物、胶质等有机物进行电性中和作用，产生互相絮凝作用，从而大幅度减少投加的混凝剂、絮凝剂，并无需投加杀菌剂。

结语

电催化氧化水处理技术广泛应用于电镀废水、油田生产过程中各类废水、市政垃圾渗滤液浓缩液、化工废水、制药废水、农药废水、染料中间体废水、印染废水、制革废水、造纸黑液等领域。电催化氧化水处理技术具有氧化还原、凝聚、气浮、杀菌消毒和吸附等多种功能，并具有设备体积小、占地面积少、操作简单灵活，可以去除多种污染物，同时还可以回收废水中的贵重金属等优点。

参考文献

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