電催化氧化技術(shù)降解水中有機(jī)物的研課件

Thestudyprogressof

DegradationofOrganicWastewaterbyElectro-catalyticOxidation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)該技術(shù)采用外加電場(chǎng),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(guó)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(guó)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。當(dāng)時(shí)存在的問題電力缺乏電化學(xué)理論局限能耗較高電化學(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(guó)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H2O2：

＆酸性條件下:O2+H++2eH2O2

＆堿性條件下:O2+H2O

+2eHO2-+OH-HO2-+H2O

+2eH2O2+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(jiǎn)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(huì)達(dá)到93%～95%對(duì)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(duì)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0.19～0.22A/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

對(duì)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0.19～0.22A/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25～40℃，電壓為3.7～4.0V，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(duì)于半導(dǎo)體催化劑，只有外加電場(chǎng)達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)，它才會(huì)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(zhǎng)☆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(duì)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(zhǎng)，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(duì)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)致電流效率降低，能耗較大，處理費(fèi)用較