電催化氧化技術(shù)降解水中有機(jī)物的研.pptVIP

The study progress of Degradation of Organic Wastewater by Electro-catalytic Oxidation,電（化學(xué)）催化氧化技術(shù) 降解水中有機(jī)物的研究進(jìn)展,主要內(nèi)容框架,電催化氧化技術(shù) 電催化氧化技術(shù)的發(fā)展 電催化氧化技術(shù)的機(jī)理 電催化氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 電催化氧化技術(shù)應(yīng)用于降解水中有機(jī)物 影響電催化氧化效率的因素 電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用局限性 電催化氧化技術(shù)今后的主要研究方向,電催化氧化技術(shù),電催化氧化（Electro-catalytic Oxidation）是指通過陽極反應(yīng)直接降解有機(jī)物或產(chǎn)生羥基自由基OH、Cl2、O2及O3一類的氧化劑降解有機(jī)物的方法。,電催化氧化技術(shù),該技術(shù)采用外加電場,其反應(yīng)在電極/溶液界面進(jìn)行。該技術(shù)特別適用于生物難降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的水中有機(jī)物的處理。,電催化氧化技術(shù)的發(fā)展,水中生物難降解有機(jī)物的處理技術(shù)一直是困擾國內(nèi)外環(huán)境科學(xué)研究的重要課題,電催化氧化技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)30年代，國外學(xué)者提出用電解法處理廢水，當(dāng)時(shí)主要是處理廢水中的重金屬離子。,電催化氧化技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)60年代 電化學(xué)理論研究不斷深入 電極材料研究不斷取得進(jìn)展 “氧化物修飾電極”的出現(xiàn)等,推動(dòng)電催化氧化 技術(shù)的發(fā)展,電化學(xué)理論研究不斷深入,許多有機(jī)化合物的 氧化還原反應(yīng)、加成反應(yīng)或分解反應(yīng)， 都可在電極上進(jìn)行,電催化氧化方法 降解有機(jī)污染物,提 供 理論依據(jù),電極材料研究不斷取得進(jìn)展,出現(xiàn)了釕鈦涂層的金屬陽極 D.S.A（也叫“形穩(wěn)陽極”）并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，該電極大大提高了電流效率和電極壽命。,電催化氧化技術(shù)的發(fā)展,近幾年來，國內(nèi)外開展了一系列研究工作，并取得了一些進(jìn)展。 例如,E. Brillas等用Pb/PbO2電極和氧氣氣體擴(kuò)散電極 降解了苯胺和4-氯苯胺,S. H. lin等用Fe電極成功處理了紡織廢水,L. Czpyrkowicz等采用Ti/Pt和Ti/Pt/Ir電極 處理有機(jī)胺的廢水,電催化氧化技術(shù)的機(jī)理,半導(dǎo)體材料處于一定強(qiáng)度的電場時(shí),其價(jià)帶電子也會越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶,同時(shí)在價(jià)帶上形成電激空穴?？昭ň哂泻軓?qiáng)的俘獲電子的能力,可以奪取半導(dǎo)體顆粒表面的有機(jī)物或溶劑中的電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)。,電催化氧化技術(shù)的機(jī)理,施加電壓能使催化材料內(nèi)部形成電壓梯度,促使空穴與電子向相反方向移動(dòng),抑制其復(fù)合,從而提高了催化效率。,電催化氧化技術(shù)的機(jī)理,電催化反應(yīng)中,通過電解產(chǎn)生的O2和外源O2在陰極上還原產(chǎn)生H2 O2 ： 酸性條件下: O2 +H+ +2e H2 O2 堿性條件下: O2 + H2 O + 2e HO2-+ OH- HO2- + H2 O + 2e H2 O2 + OH-,電催化氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),電催化氧化法的優(yōu)點(diǎn)： 過程中產(chǎn)生的OH無選擇地直接與廢水中的有機(jī)物反應(yīng)，將其降解為二氧化碳、水和簡單有機(jī)物，沒有或很少產(chǎn)生二次污染,電催化氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),電催化氧化法的優(yōu)點(diǎn)： 能量效率高，一般常溫常壓下即可進(jìn)行 既可單獨(dú)處理，又可作為前處理,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用,電催化氧化技術(shù) 目前廣泛應(yīng)用于 降解水中所含的,烴類有機(jī)物,醛類有機(jī)物,醇類有機(jī)物,酚類有機(jī)物,胺類有機(jī)物,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用 處理水中烴類有機(jī)物,電催化氧化技術(shù)處理水中烴類有機(jī)物時(shí)，一般去油量會達(dá)到93%95% 對含油量為150mg/L以下的廢水，處理后加混凝劑過濾，可以降到0.7mg/L以下 對水溶性較大的烴類有機(jī)物，該技術(shù)通常應(yīng)用石墨顆粒組成的三維復(fù)極性固定床電極來提高其處理效果。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用 處理水中醛類有機(jī)物,如采用不溶性 PbO2 作陽極，以 NaOH、Na2SO4 或 NaCl 作電解質(zhì)，在電流密度為 0.190.22A/cm2 下電解 3h，甲醛即被分解，電流效率可達(dá) 95.5% ，絕大部分 COD被去除。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用 處理水中醛類有機(jī)物,氯代醛在石墨電極的電解氧化作用下，75% 的有機(jī)氯代化合物可被分解，氧化得到毒性較小的化合物。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用 處理水中醛類有機(jī)物,對鄰氯苯甲酸而言，以 PbO2作陽極，以Pb作陰極，在無Mn2SO4存在的情況下，鄰氯苯甲酸先被還原為鄰氯芐醇，然后陽極氧化生成鄰氯苯甲醛及鄰氯苯甲酸。在 有Mn2SO4存在時(shí)，可發(fā)生進(jìn)一步的氧化生成脂肪酸，去除率可達(dá) 90% 。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用 處理水中醇類有機(jī)物,在含醇廢水中，以不溶性PbO2作陽極，投入1mol/L的NaOH作電解質(zhì)，當(dāng)電流密度為0.190.22A/cm2時(shí)電解3h,可使廢水中的甲醇全部分解。 含乙二醇的廢水，采用PbO2作陽極進(jìn)行電解氧化，COD 可從 28000mg/L 降到 500mg/L。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用 處理水中酚類有機(jī)物,大多采用孔炭材料作陽極，有機(jī)廢水通過炭孔，在電解作用下可去除其中的酚及其他有機(jī)物。例如，COD值為29000mg/L的含酚廢水在溫度為2540，電壓為3.74.0V，電流為8A時(shí)，COD 值可降低到 671mg/L。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用 處理水中胺類有機(jī)物,在含胺廢水中，一般采用PbO2作陽極，苯胺很容易去除，但想要進(jìn)一步氧化成 CO2，則比較困難。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用 處理染料的裝置,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用,除石墨、Pt、PbO2等析氧過電位較高的電極材料外,近年來還發(fā)現(xiàn),一些摻雜半導(dǎo)體電極具有較高的析氧、析氯過電位,可防止有毒鹵代物生成而造成二次污染。,影響電催化氧化效率的因素,（1）催化電極本身的催化活性 （2）反應(yīng)體系的PH值 （3）反應(yīng)體系的電壓,影響電催化氧化效率的因素,目前經(jīng)常使用的催化劑仍是以半導(dǎo)體材料TiO2為主要原料,經(jīng)過不同的改性、修飾制備而成的。為了減少催化劑的流失,大多也采用負(fù)載型催化劑,載體常選擇既具有導(dǎo)電性又比較穩(wěn)定的金屬鈦顆粒。,催化劑固定的方法,催化劑的固定方法常用溶膠-凝膠法，該方法制備的納米粒子薄膜催化劑具有穩(wěn)定性好、再生性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)而更受青睞。,影響電催化氧化效率的因素,反應(yīng)體系PH值可以影響氧化效率，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，PH值越高，水中有機(jī)物降解去除率越高。,影響電催化氧化效率的因素,對于半導(dǎo)體催化劑，只有外加電場達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)，它才會有明顯的“空穴效應(yīng)”。 一般來說，隨著外加電壓的升高，體系產(chǎn)生自由基的速率也增大，有機(jī)物的去除效率也就提高了。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用局限性,該技術(shù)雖被證明在生物難降解水中有機(jī)物方面較為有效，但有些方法在實(shí)際工程應(yīng)用中還存在著一些局限性。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用局限性, 實(shí)用化電極材料不多 電極壽命不長 能耗較大 電解槽傳質(zhì)問題,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用局限性,目前常采用的電極仍然是石墨、鋁板、鐵板、不銹鋼和一些不溶性電極如PbO2，及一些貴金屬如Pt等。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用局限性,石墨電極強(qiáng)度較差，在電流密度較高時(shí)電極損耗較大，電流效率低。 鋁板或鐵板為可溶性電極，電極本身材料消耗量大，成本高，因此產(chǎn)生的污泥量也大。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用局限性,不溶性電極PbO2 的氧化能力雖然高于石墨電極，但是因?yàn)槠潆姶呋阅茌^低，對難氧化分解的有機(jī)物的效果也不理想。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用局限性,目前用于廢水處理的電極種類不多，而且也因電極材料的限制致使其使用壽命不長，即便是氧化物修飾電極，雖然在廢水處理中的效果良好，但其工作壽命也只有幾天。這些都進(jìn)一步限制了電催化氧化方法在生物難降解水中有機(jī)物的廣泛應(yīng)用。,電催化氧化技術(shù)的應(yīng)用局限性,在無電解質(zhì)的廢水中，采用常用的石墨電極或不溶性陽極時(shí)，因?yàn)殡姌O對有機(jī)物的電催化氧化性能較低，在陽極上存在著析氧、水分解等副反應(yīng)，導(dǎo)致電流