電催化氧化技術降解水中有機物的研課件

Thestudyprogressof

DegradationofOrganicWastewaterbyElectro-catalyticOxidation電（化學）催化氧化技術

降解水中有機物的研究進展主要內容框架電催化氧化技術電催化氧化技術的發(fā)展電催化氧化技術的機理電催化氧化技術的優(yōu)點電催化氧化技術應用于降解水中有機物影響電催化氧化效率的因素電催化氧化技術的應用局限性電催化氧化技術今后的主要研究方向

電催化氧化技術該技術采用外加電場,其反應在電極/溶液界面進行。該技術特別適用于生物難降解或一般化學氧化難以奏效的水中有機物的處理。電催化氧化技術的發(fā)展水中生物難降解有機物的處理技術一直是困擾國內外環(huán)境科學研究的重要課題電催化氧化技術的發(fā)展20世紀30年代，國外學者提出用電解法處理廢水，當時主要是處理廢水中的重金屬離子。當時存在的問題電力缺乏電化學理論局限能耗較高電化學理論研究不斷深入許多有機化合物的氧化還原反應、加成反應或分解反應，都可在電極上進行電催化氧化方法降解有機污染物提供理論依據電極材料研究不斷取得進展出現(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。電催化氧化技術的發(fā)展近幾年來，國內外開展了一系列研究工作，并取得了一些進展。

例如E.Brillas等用Pb/PbO2電極和氧氣氣體擴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電極處理有機胺的廢水電催化氧化技術的機理施加電壓能使催化材料內部形成電壓梯度,促使空穴與電子向相反方向移動,抑制其復合,從而提高了催化效率。電催化氧化技術的機理

電催化反應中,通過電解產生的O2和外源O2在陰極上還原產生H2O2：

＆酸性條件下:O2+H++2eH2O2

＆堿性條件下:O2+H2O

+2eHO2-+OH-HO2-+H2O

+2eH2O2+OH-電催化氧化技術的優(yōu)點電催化氧化法的優(yōu)點：

過程中產生的·OH無選擇地直接與廢水中的有機物反應，將其降解為二氧化碳、水和簡單有機物，沒有或很少產生二次污染電催化氧化技術的應用電催化氧化技術目前廣泛應用于降解水中所含的烴類有機物醛類有機物醇類有機物酚類有機物胺類有機物電催化氧化技術的應用

處理水中烴類有機物電催化氧化技術處理水中烴類有機物時，一般去油量會達到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物，該技術通常應用石墨顆粒組成的三維復極性固定床電極來提高其處理效果。電催化氧化技術的應用

處理水中醛類有機物如采用不溶性PbO2

作陽極，以NaOH、Na2SO4或NaCl作電解質，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95.5%，絕大部分COD被去除。電催化氧化技術的應用

處理水中醛類有機物

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，可發(fā)生進一步的氧化生成脂肪酸，去除率可達90%。電催化氧化技術的應用

處理水中醇類有機物

在含醇廢水中，以不溶性PbO2作陽極，投入1mol/L的NaOH作電解質，當電流密度為0.19～0.22A/cm2時電解3h,可使廢水中的甲醇全部分解。

含乙二醇的廢水，采用PbO2作陽極進行電解氧化，COD可從28000mg/L降到500mg/L。電催化氧化技術的應用

處理水中酚類有機物

大多采用孔炭材料作陽極，有機廢水通過炭孔，在電解作用下可去除其中的酚及其他有機物。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，COD值可降低到671mg/L。電催化氧化技術的應用

處理染料的裝置電催化氧化技術的應用

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）反應體系的PH值（3）反應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、再生性強的優(yōu)點而更受青睞。影響電催化氧化效率的因素反應體系PH值可以影響氧化效率，經實驗證實，PH值越高，水中有機物降解去除率越高。影響電催化氧化效率的因素

對于半導體催化劑，只有外加電場達到一定的強度時，它才會有明顯的“空穴效應”。一般來說，隨著外加電壓的升高，體系產生自由基的速率也增大，有機物的去除效率也就提高了。電催化氧化技術的應用局限性

該技術雖被證明在生物難降解水中有機物方面較為有效，但有些方法在實際工程應用中還存在著一些局限性。

電催化氧化技術的應用局限性☆實用化電極材料不多☆電極壽命不長☆能耗較大☆電解槽傳質問題電催化氧化技術的應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。電催化氧化技術的應用局限性

石墨電極強度較差，在電流密度較高時電極損耗較大，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，因此產生的污泥量也大。電催化氧化技術的應用局限性

不溶性電極PbO2

的氧化能力雖然高于石墨電極，但是因為其電催化性能較低，對難氧化分解的有機物的效果也不理想。電催化氧化技術的應用局限性

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。這些都進一步限制了電催化氧化方法在生物難降解水中有機物的廣泛應用。電催化氧化技術的應用局限性

在無電解質的廢水中，采用常用的石墨電極或不溶性陽極時，因為電極對有機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，導致電流效率降低，能耗較大，處理費用較