電化學(xué)氧化技術(shù)處理難降解有機(jī)物

電化學(xué)氧化技術(shù)

處理難降解有機(jī)物

電化學(xué)氧化技術(shù)概述優(yōu)點(diǎn)簡單經(jīng)濟(jì)無二次污染能效高一種較為成熟的水處理技術(shù)，已往多用于處理含氰、含鉻的電鍍廢水，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于處理印染廢水、制藥廢水、制革廢水、造紙黑液可結(jié)合其他技術(shù)電化學(xué)氧化技術(shù)降解污染物機(jī)理在電化學(xué)氧化反應(yīng)中通過電能使氧從水中被轉(zhuǎn)移到有機(jī)污染物上。即電化氧轉(zhuǎn)移反應(yīng)。E.g.苯酚的電化礦化 C6H5OH+11H2O→6CO2+28H++28e-

在這個(gè)反應(yīng)中,在電解池陽極上將苯酚完全氧化為CO2的氧原子來源于水。該反應(yīng)中自由質(zhì)子在陰極放電生成氫氣。 28H++28e-→14H2

電化學(xué)氧化技術(shù)降解污染物機(jī)理首先水在陽極的活性位點(diǎn)M被電解，生成羥基自由吸附于電極表面H2O+M→M(·OH)ads+H++e-

通過電解生成的羥基自由基可以使水中的有機(jī)污染物R礦化 R(aq)+xM(·OH)ads→xM+Mineralizationproducts+yH++ye-

（1） 羥基自由基還可以在陽極進(jìn)一步電解生成分子氧M(·OH)ads→M+1/2O2+H++e-

（2）電化學(xué)氧化技術(shù)降解污染物機(jī)理反應(yīng)（1）與反應(yīng)（2）同時(shí)發(fā)生且互為競爭。電解產(chǎn)生的羥基自由基的活性與它們同電極表面活性位點(diǎn)M的相互作用密切相關(guān)。這種相互作用越弱，朝生成氧方向的電化學(xué)活性越低，礦化有機(jī)污染物的電化學(xué)活性越高。碳材料電極

貴金屬電極

金屬氧化物電極

常見電極BDD電極電極種類陽極材料對產(chǎn)生羥基自由基的影響具有高氧化能力的陽極材料的特點(diǎn)是·OH和電極的作用較弱，在電極材料上氧的析出過電位高、有機(jī)物氧化活性高。BDD陽極與·OH的相互作用很弱，·OH處于類似自由的狀態(tài)，具有很高的反應(yīng)活性，可以礦化有機(jī)化合物。BDD陽極的析氧過電位高于現(xiàn)有的常規(guī)電極，故能在提高主反應(yīng)的基礎(chǔ)上最大限度地抑止副反應(yīng)的發(fā)生。天然金剛石是于地殼中高溫高壓的條件下形成的。在20世紀(jì)80年代，科學(xué)家在低溫低壓的條件下（壓力～70Torr，溫度～9000C）,在非金剛石基底上制備出人工金剛石薄膜。金剛石本身是良好的絕緣體，摻雜硼元素，可制備出摻硼金剛石薄膜電極。BDD電極的制備DepartmentofEnergy&EnvironmentalScience,UtsunomiyaUniversityConditions:Thechambertemperature:5400CThechamberpressure:70TorrTheforwardpower:1400WThefluxofH2:300sccmB/C=104ppmTimeofgrowth:3hMicrowave-AssistedPlasmaCVDequipment(MPCVD)-ASTexAx2115equipmentBDD電極概述BDD電極可以通過微波等離子化學(xué)氣相沉積法、熱燈絲化學(xué)氣相沉積法和直流電弧法等方法制備。以Si、Ti、Na和Mo等材料作基底，并通過摻入不同濃度的硼來改善金剛石薄膜的導(dǎo)電性能。在納米金剛石的生長中C2是重要的參與者和決定成分，C2濃度越高，獲得的金剛石薄膜質(zhì)量越好。電位窗口的大小與沉積的金剛石薄膜的質(zhì)量以及雜化形態(tài)有關(guān)。如果非金剛石雜化，即SP2雜化而形成的C雜質(zhì)越多，電極的電位窗口越小。BDD電極的獨(dú)特優(yōu)勢在水溶液和非水溶液中均具有很寬的電勢窗：析氫電位可達(dá)－1.25V或更負(fù)，析氧電位可達(dá)＋2.3V或更正（參比電極為SHE）質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐磨損、抗腐蝕、導(dǎo)熱性好的優(yōu)越性質(zhì)。如將其長時(shí)間至于氫氟酸溶液中，仍具有很好的穩(wěn)定性能具有較低的背景電流值和很好的化學(xué)惰性，表面不易鈍化，抗污染能力和抗中毒能力強(qiáng)，在高強(qiáng)度環(huán)境中顯示了較長的使用壽命物理&化學(xué)電化學(xué)反應(yīng)中BDD電極研究進(jìn)展網(wǎng)狀金剛石電極的制備發(fā)生在金剛石平板電極上的電催化氧化方法zero-gap電極構(gòu)型的網(wǎng)狀金剛石電極上的電催化氧化國內(nèi)外研究概況試驗(yàn)方案研究內(nèi)容測定電極產(chǎn)物及有機(jī)物的降解產(chǎn)物BDD電極性能表征分析降解過程中TOC的改變原因研究TOC與電壓，反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系BDD電極預(yù)處理有機(jī)物種類、初始濃度等對降解效率的影響目標(biāo)物質(zhì)選擇

目標(biāo)處理物質(zhì)六氯苯危害1.劇毒物質(zhì)2.致癌物質(zhì)3.致畸物質(zhì)主要來源1.工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)途徑(1)用作拌種殺菌劑(2)化工原料(3)工業(yè)生產(chǎn)的中間體或添加劑2.氯氣消毒飲用水產(chǎn)生水中的天然有機(jī)物→鹵代烴(HCB)

實(shí)驗(yàn)裝置圖1.BDD陽極

2.Pt陰極說明1.反應(yīng)器為250ml燒杯；2.陽極:摻硼金剛石電極和Pt－Ir電極；3.陰極：Pt電極；4.電極間距：2cm。5.電源：直流穩(wěn)壓電源組裝電解池簡圖：12CompanyLogo對比一：不同陽極在同種硫酸溶液中掃描金剛石電極鉑銥電極CompanyLogo對比二：金剛石電極在不同電解液中掃描在硫酸鈉溶液中在氯化鈉溶液中CompanyLogo對比三：金剛石電極在有否含六氯苯的溶液中掃描溶液中不含六氯苯溶液中含六氯苯CompanyLogo第三步：電解氧化有機(jī)廢水試驗(yàn)裝置1）電源：穩(wěn)壓直流電源，10V/7V；2）陽極：金剛石電極3）陰極：PT電極4）溶液成分：0.5mol/L的硫酸鈉溶液198ml+0.1g/L的六氯苯溶液2ml5）反應(yīng)時(shí)間：2小時(shí)6）每隔20分鐘取一次樣，整個(gè)試驗(yàn)過程都使用磁力攪拌器。轉(zhuǎn)速為1000r/min.121.陽極2.陰極CompanyLogoTOC分析曲線GC分析結(jié)果CompanyLogo注：縱軸—濃度（ppm）;橫軸—時(shí)間（min）降解率1.在30V電壓下，反應(yīng)2小時(shí)的結(jié)果GC分析結(jié)果CompanyLogo注：縱軸—濃度（ppm）;橫軸—時(shí)間（min）降解率2.在15V電壓下，反應(yīng)2小時(shí)的結(jié)果GC分析結(jié)果CompanyLogo注：縱軸—濃度（ppm）;橫軸—時(shí)間（min）此時(shí)，六氯苯的降解率為0！3.在7V電壓下，反應(yīng)2小時(shí)的結(jié)果結(jié)論1.金剛石電極具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，具體體現(xiàn)在：金剛石電極