氧化物修饰电极及其在电化学处理有机废水中的应用

氧化物修饰电极及其在电化学处理有机废水中的应用（4篇）

1.氧化物修饰电极及其在电化学处理有机废水中的应用 篇一

高级氧化技术在难降解有机废水处理中的应用

本文介绍了高级氧4e,技术的特点及分类,详细列举了高级氧化技术在难降解有机废水处理中常见的`几种工艺和适用范围,并对高级氧化技术的发展方向进行了展望.

作 者：魏奇锋 张B 王伟杰 代更明 作者单位：机械工业第六设计研究院,河南郑州,450007刊 名：科技传播英文刊名：PUBLIC COMMUNICATION OF SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：2009“”(6)分类号：X78关键词：高级氧化技术 难将解有机废水 羟基自由基

2.氧化物修饰电极及其在电化学处理有机废水中的应用 篇二

关键词：电化学氧化法,生物难降解有机物,废水处理

经济的不断发展必定会带来环境的污染, 有些产业如制药业、印刷业以及其他的化工产业等在生产的过程中都会排放大量的有机废水, 虽然排放的行业类型各有不同, 但是有机废水都有其共同的特点如它含有的有害物质多, 难以轻易的对其进行降解且由于其工业类型不同, 其有机废水的种类也是多种多样, 随着有机废水的污染越来越严重, 人们也逐渐开始寻找处理这些有机废水的有效的方法, 电化学氧化法就是其中的一种方法。

1 电化学氧化法处理生物难降解有机化工废水的原理

电化学氧化法是一种高级氧化方法, 由于其自身的优越性, 越来越受到人们的广泛关注。它的原理主要是阳极的高电位以及催化活性不用通过其他的辅助手段就可以直接对有机废水中的有害物质进行降解, 或者使用强氧化剂来对有害物质进行降解处理。可以按照氧化的原理将电化学氧化法分为直接电氧化和间接电氧化[1]。

(1) 直接电氧化直接电氧化的过程:直接电氧化主要是运用阳极的高电势对有机化工废水中的有毒有害物体进行氧化并对其进行降解, 在直接电氧化的过程中, 电极与废水中的有害物质进行直接的电子转换, 在氧化的过程中, 由于有机化工废水的来源不同, 所以其成分也不尽相同, 这就会使其在氧化过程后的状态也不一样, 有的有机化工废水在经过氧化可以将其中的有毒有害物质进行彻底的氧化, 使其有害的有机物变为无机物, 但是有的废水在氧化过程中, 其中的有害物质可以转化成其他的可处理的物质, 然后对其要进行进一步的处理才能真正的完全处理掉其中的这些物质, 我们可以把这种方法叫做电化学转化。但是在现如今, 我们一般都只是将有毒有害的物质氧化成其他的可进行化学处理的物质, 这样可以节约能源并缩减成本。

根据研究我们可以得知, 有机物在金属氧化物阳极上进行氧化并产生的反应同阳极金属氧化物的价态以及金属氧化物本身的类型有很大的关系。在有机物的氧化过程中会形成含氧的化合物, 它的反应与化合物的形成都与金属氧化物MOX上形成的比之更高价的金属氧化物MOX+1有关, 对于有机物的氧化燃烧并产生一定量的CO2来说金属氧化物阳极上形成的自由基MOX[OH]对其燃烧有一定的帮助作用。

具体反应的经过:由于在氧析反应的电位区可能会出现一定量的高价态的氧化物附着在金属氧化物的表层, 因此在其阳极上可能会存在物理吸附的活性氧以及化学吸附的活性氧, 其具体的反应有以下步骤:H2O或者OH-可以运用阳极的放电反应产生物理吸附的活性氧:

然后再运用其现有的氧化反应使羟基自由基中的氧进行转移并形成高价氧化物:

如果当前的污水中没有有机物时, 两种不同形态的活性氧就会通过反应形成氧气如以下反应:

但是如果现有的污水中存在有机物R时, 在电化学燃烧的过程中, 物理吸附的活性氧对其的燃烧由很大的促进作用, 化学吸附的活性氧对有机物进行选择性的氧化, 如以下反应:

如果阳极表面的氧空位的浓度很高并且吸附羟基自由基的浓度达到零, 并且K2比K1的反应的速度要快, 这样有害物质才能够有足够的条件进行完全矿化反应, 上述的步骤都是纯化学反应, 电极材料的不同其电氧化的过程也会不同, 所以只有提高k5和k6的电流效率, 并且压制k3h和k4反应的发生, 保证电流不会大量的分解水, 这样才能保证电化学氧化法对污水的处理效果[2]。

(2) 间接电氧化间接电氧化是电极通过化学反应产生强的氧化剂, 运用这些氧化剂将其与污水进行反应使其中的有害物质进行降解, 提高了污水处理的效率。间接电氧化主要是在阳极产生一些氧化性的活性中间物质, 其中包括溶剂化电子、氧离子等等, 这些活性的中间物质可以对污水中的有害物质进行不可逆转的分解, 物质中的氧化反应速率与这些中间物质的扩散速率息息相关, 间接氧化法的氧化过程:

如今通过使用, 间接的电氧法在对处理污水上有很好的效果, COD与BOD分别都有很大的降幅, 也可有效的清除其色度以及总氮的含量[3]。

2 电化学氧化降解效率的影响因素

(1) 电极电化学的反应依附于电极以及溶液, 由于电极对于电化学的反应有很重要的作用, 所以在电极的选材上应该更加重视, 在电化学反应过程中, 电极的材质会对氧化的过程产生一定的影响, 不同的电极材质会造成电氧化的不同反应, 如电化学产生燃烧现象或者产生电转化现象;同时还会对氧化的效率产生一定的影响。所以在氧化之前一定要选择正确的对应的电极。

电极反应是以电子作为媒介与溶液发生氧化还原反应, 所以电极电位越正电子越容易丢失, 反之则反。所以根据这一特点, 我们可以根据电极电位来选择合适的电极, 在污水的处理过程中, 使用的电极应该具有高析氧超电势、催化活性等性质, 同时阳极还应该具有很强的耐腐蚀性以及很好的稳定性, 这样能够有效的提高氧化的效率[4]。

(2) 反应器高效率的反应器能有效的对污水与氧化剂进行快速的融合, 并有效的提高污水的传质过程, 电化学氧化反应的进行必须依靠电解池, 其结构对于污水的处理也有很大的影响。在对污水进行电解时, 需要将有害的物质传质到电极的外部, 在运用间接电氧法对污水进行处理时, 也要使氧化剂与污水充分的融合才能进行高效率的降解, 所以, 在使用电化学氧化法对污水进行高效处理时, 就必须要用到反应器。

为了提高电解的效率, 可以使阳极的表面面积增大, 使其能够充分的进行氧化反应, 如今的三维电极就可以使阳极的表面面积增大, 从而提高了电解的效率。

(3) 电解质电解质浓度的大小会影响电化学氧化降解效率, 随着电解质浓度的降低, 其电流也会相应的减小, 所以降解的速率也会降低, 但是随着电解质浓度的不断增大, 槽电压逐渐降低, 降解的速率也会相应的增大, 但是在电解质的浓度上还要对其进行控制, 应为其浓度太大, 不利于降解, 所以还要对其进行有效的处理, 但是这样会增加处理的花费。同时不同类型的电解质就会发生不同的电化学反应[5]。

(4) 其他因素在了解电极以及反应器和电解质对电化学氧化降解效率的影响之后, 我们对其他的影响因素也做一定的了解与分析, 其他的影响因素主要包括电流的密度、污水溶液反应时的温度以及污水的酸碱值等等。在对一般的有机物进行降解时, 若降解的去除速率加快, 降解的中间的产物减少时, 同时电化学氧化指数下降, 在这种情况之下, 说明电流的密度有所增加。但是应该将污水的反应温度控制在最佳的数值, 这样就可以尽量的使产生的自由基不会失活加剧, 在此同时, 高温度可以促进电子与有机物之间的融合与传递, 这样可以使反应的速率大大增加, 同时也可使有机物的降解速率增大。污水间的酸碱值对电氧化降解的速率也有一定的影响, 根据其污水中的酸碱值的不同以及降解方式的差异, 选择适宜的最佳条件。

3 结语

电化学氧化法在我国处理难降解的有机化工污水上的应用越来越广泛, 其在污水处理方面相比较其他的方法有很大的优越性, 能够有效的对难降解的有机化工水进行降解处理。但是, 由于它在我国的起步较晚, 所以在技术以及应用上还存在一定的问题, 所以一方面我们应该对电化学氧化法处理污水方面进行更加先进的科学研究, 另一方面还应该进一步的发展科技水平, 创造或者研究出处理难降解有机化工污水的更好的方法, 使其得到广泛的应用, 这样可以提高我国对化工污水处理的整体综合水平, 节约资源, 使经济与科技的综合水平得到更好的进步与发展。

参考文献

[1]程聪.高级氧化法处理难降解有机废水的研究[D].武汉纺织大学, 2013.

[2]魏琳.工业难降解有机污染物的电化学氧化处理方法研究[D].武汉大学, 2011.

[3]付杰.常温常压电催化氧化技术处理高浓度有机废水[D].华东师范大学, 2014.

[4]聂冬, 金明姬, 董微巍, 周善英.高级氧化法在水处理领域中的应用研究[J].延边大学农学学报, 2014, 02:179-185.

3.氧化物修饰电极及其在电化学处理有机废水中的应用 篇三

使用简单的方法将葡萄糖氧化酶(GOD)固定在介孔碳(Mesoporous Carbon)修饰的玻碳电极(GCE)表面. 循环伏安测试表明:修饰电极上的GOD在0.1mol/L 磷酸缓冲溶液(PBS)(pH=7.1)中发生了准可逆的氧化还原反应,其克式量电位为-0.4294 V,并且该电化学反应包含有两电子两质子的传递.在氮气饱和的.情况下,以羧基二茂铁作为电子传递中介体,GOD能将葡萄糖彻底催化氧化,可见介孔碳修饰电极上的GOD保持了其生物学活性.

作 者：王琨琦 朱琳 邢巍 WANG Kun-qi ZHU Lin XING Wei 作者单位：王琨琦,WANG Kun-qi(中国科学院长春应用化学研究所,吉林,长春,130022;长春工程学院,吉林,长春,130021)

朱琳,邢巍,ZHU Lin,XING Wei(中国科学院长春应用化学研究所,吉林,长春,130022)

4.氧化物修饰电极及其在电化学处理有机废水中的应用 篇四

关键词：三维流化床电极,电镀废水,应用

1 概述

近年来, 流态化技术在环境保护中的应用越来越受到重视。从传统平板电极反应器改进而来的三维流化床电极反应器在处理电镀废水中有很好的效果, 尤其对一些复杂和低浓度废水溶液处理时, 更显其优越性。

电解法处理电镀废水或金属回收的反应属于非均相反应。在液固两相或气液固三相反应中, 由于流体在反应器中的复杂流动行为, 一般认为化学反应发生在相界面上。传统平板电极反应器总反应速率主要由物质扩散过程控制, 体系的传质传热速率比较慢。在三维流化床反应器中, 导电颗粒代替了平板电极, 并且在反应器中呈流化状态时, 极大提高了电极比表面积和传质速率, 与普通三维固定床电极相比, 流化床电极反应器中溶液的电势分布比较均匀, 溶液主体具有均匀的温度场, 为电解反应提供了一个良好的反应场所。

2 三维流化床电极的结构

一般三维流化床电极通常指的是液2固流化床电极, 结构比较简单, 外壳一般为圆柱形。它的组成主要包括:a.电流收集板 (极板) ;b.电解质溶液;c.双极板或隔膜;d.导电颗粒。待处理电解液从三维流化床电极反应器底部连续通入, 使得反应器内部导电颗粒呈流化状态;还有另一种形式的三维流化床电极属于震动床电极, 其基本结构为一个装有导电颗粒材料的旋转仓。仓体的一半浸泡在电解液中并不断的旋转, 导电颗粒也随之在仓体中不断的翻滚, 呈一定流化状态。

2 固两相三维流化床电极可以根据反应或工艺需要, 改造成气2液2 固三相流化床。

反应器底部加装多孔分布板, 气体从底部通过分布板, 被分散成为小气泡进入电解液溶液;除此之外, 电流收集板也可以作为气体分布板使用。电流收集板加工成空心多孔结构, 气体从板中间通入, 由细孔进入液相内部。这样随着电流板的加工形状不同, 流化床有不同的气泡分布和不同的流化效果, 而且分布板结块或细孔堵塞出现时, 清理与更换分布板方便。气体的引入, 还提高了反应器内部湍动程度, 增加反应传质传热速率, 也减少极板结块和金属沉积的发生。

3 三维流化床电极工艺要求

3.1 电极颗粒

三维流化床电极反应器中的导电颗粒应具有良好的导电性。纯金属颗粒一般会被用作导电颗粒来处理电镀废水或回收镀液中金属, 如纯铜粒、纯锌粒等。这样可以使纯度比较高的回收金属颗粒能够直接进行冶炼, 不必进行二次分离。但是纯金属颗粒比重大, 流化效果差, 金属颗粒长大变重后也会失去流化性, 不能重复使用。纯金属颗粒的成本一般也会比电解回收得到的金属高, 所以在处理一些含多种重金属离子或非金属离子废水时, 会选用一些轻质而表面强度比较大的非金属导电颗粒, 如膨胀石墨颗粒等。这些材料相对密度小, 较小的液体或气体流速就可使其流化起来, 保持流化状态的时间也长。非金属导电颗粒更可反复使用, 大大降低废水处理成本。根据工艺要求, 一些高比表面性能和各种形状的金属颗粒也可被用来强化三维流化床电极反应器的传质传热速率。如雷尼镍、雷尼银等。Y1Masunari等对比使用雷尼银 (单位比表面积为25000cm2%cm3) 和普通烧结银粒 (单位比表面积为310cm2%cm3) 在同一气2液2固三相流化床电极反应器中, 系统的电效率相差约几十倍。

3.2 电解质溶液性质

三维流化床电极反应器对电解质溶液也有一定的要求。首先, 溶液的电解质浓度有一个最佳值。如果电解质浓度太低, 如处理一些低浓度废水, 溶液的离子强度比较小, 电荷传递速度慢, 反应器的内电阻就会大。反应器运行的槽电压与电耗也必然高。如果加入适量电解质, 如氯化钠、氢氧化钾等, 系统就能够在一定的槽电压的情况下, 处理速率得到显著提高, 电耗也减小了。但是加入电解质的量必须适当, 除了考虑成本的增加, 还需注意过多电解质也可能增加副反应产物的生成, 浪费电能。

3.3 电流密度及膨胀率

三维流化床电极是把流化床技术运用到传统电解槽来, 所以反应器的电流密度与膨胀率也会对处理效果有一定的影响。如果反应器运行电压低, 则电流密度也会低;虽然这时电效率比较高, 但是反应器运行时间会增加, 外部电器电耗也会相应增加;如果反应器中电流偏大, 会使副反应增加, 则电效率减少。反应器中溶液的膨胀率也会影响流化介质的传质传热速率。当待处理电解质溶液的浓度比较高时, 溶液的膨胀率对反应过程影响不大。随着电解质浓度降低, 溶液逐步产生浓差极化。电解总反应的控制步骤从化学反应过程变为物质扩散过程。这时候提高流体流速能够强化反应器内传质传热速率, 提高反应器电效率, 如果在流化过程中, 流体膨胀率过大, 整个反应器的导电颗粒之间碰撞接触几率降低, 其有效反应面积减少, 反而会使电效率下降。

4 三维流化床电极的应用

4.1 重金属离子回收及提炼

三维流化床电极能够处理电镀工业中低浓度的含金属废水或用于金属回收, 处理后溶液的金属离子质量浓度可降到1mg%L以下。例如从氯化烃废液中去除铜, 废液进水铜离子质量浓度为100mg%L、氯离子5~30g%L、p H值为0~1、氯化烃0~16g%L、悬浮固体015~5g%L。用高112m, 直径0135m的三维流化床电极处理该废水, 单程处理后铜离子的出水质量浓度可低于1mg%L, 反应器电效率能达到70。对于含多种金属离子溶液, 使用传统电解法处理后, 回收的金属含杂质较多, 二次工序的污染也比较严重。流化床电极反应器能较好解决这些问题。

4.2 其它废水处理三维流化床电极还能处理一些有毒和副反应多的废水。

如传统电解法处理含氰电镀废水。大量氯气在处理过程中生成, 不但污染了周围环境, 而且和CN2离子生成有毒氯化氰, 需要二次治理。三维流化床电极反应器处理含氰废水就能够有效减少氯气的析出。当废水溶液p H值在9~10范围之内, 反应器析出的氯化氰能保持很低的水平, 而反应器的电效率也高。张红波等报道, 在相同条件下, 采用细粒石墨流态化电极电解法处理80~90mg%L的含氰废水, 比传统平板电极电解法的除氰速度提高约117倍, 去除单位质量氰的耗电量减少约63%。M1Paidar等比较了三种流化床电极与传统平板电极反应器对含硝酸盐废水处理的效果。在三维流化床电极反应器中, 作者推导的理论反应速率与反应传质速率都比平板电极反应器相应的值高出数百倍, 甚至上万倍;实验结果也表明, 在平板电极反应器中, 硝酸根的质量浓度从1000mg%dm3降到470mg%dm3, 而使用三维流化床电极反应器, 硝酸根质量浓度可下降至100mg%dm3左右。三维流化床电极反应器能够在电流密度160A%dm2下稳定运行, 处理效率与电效率较高。在运行过程中出现的亚硝酸盐、铵根离子与氢气等副产物也少。而实验中的平板电极反应器只能在20A%dm2下稳定运行。

5 结论