钛电极电化学技术在环保领域的贡献
文字来源：深圳市恒溢钛业有限公司人气：424发布时间：2018-04-04【小中大】
随着科学技术的加速发展，对环境的影响也日趋明显，人们的环保意识也越来越强，如何才能低成本高效率的处理这些污染物呢？环境科学技术的发展给我们带来了希望。环境科学技术的发展,更为高效、经济的污染物处理技术逐步得到重视和利用,电化学技术处理环境污染物就是新近发展起来的环境污染控制技术之一,电化学技术具有运行成本低、效率高,不产生2次污染,设备简单,兼具气浮、絮凝、杀菌,尤其对难生物降解有毒污染物的去除非常有效,是目前国内外研究较为活跃的领域。
1. 污染物的电化学处理方法: 电化学法在污水、废气和重金属离子等污染物处理中的应用,从原理和方法上可以分为直接氧化、间接氧化、光电化学氧化、电还原以及电浮选/电絮凝等。
1.1 电化学氧化:电化学氧化分直接电氧化和间接电氧化,直接电化学氧化是通过阳极氧化使有机污染物和部分无机污染物转化为无害物质。在生物难降解污染物的处理如苯酚、含氟有机染料、氰化物等污染物的处理中,直接阳极氧化能发挥有效的降解作用。间接阳极氧化则是通过阳极反应产生具有强氧化作用的中间物质或发生阳极反应之外的中间反应使被处理污染物发生氧化,最终达到氧化降解污染物的目的。如在阳极生成寿命短、氧化性极强的活性物质,已有研究表明这类短寿命中间物质包括e-1(溶剂化电子)、HO·、HO2·、O2·等自由基,他们可以分解污染物质。通过溶液中可再生氧化还原电对进行有机污染物的氧化还原去除,如电解氯化钠溶液产生ClO-。
利用在阴极还原为H2O2,而后生成HO·、进而氧化有机物的方法的出现,可用于处理苯酚、苯的衍生物(苯胺类)、HCHO及CN-。为加速HO·的生成,可采用铁阳极产生Fe2+,发生Fenton反应:
Fe2++H2O2→OH-+HO·+Fe3+
反应产生的HO·对有机物具有很强的氧化作用,Fe3+水解生成絮状氢氧化铁产生絮凝作用。
1.2 电化学还原:电化学还原即通过发生阴极还原去除环境污染物,可分为阴极直接还原和阴极间接还原。阴极还原可以处理多种污染物,如金属离子、含氧有机物、二氧化硫气体等。有机物直接电化学还原可以使多种含氯有机物转变成低毒性物质,同时还可提高产物的生物可降解性,例如:
R—Cl+H++2e-1→R—H+Cl-
间接阴极还原主要是指利用电化学过程生成的一些氧化还原媒质,如Ti3+、V2+和Cr2+,将污染物还原去除,如二氧化硫的间接电化学还原,可以转化为单质硫:
SO2+4Cr2++4H+→S+4Cr3++2H2O
Cr3++e-1→Cr2+
同时阴极还原往往也是回收有价值物质的一种方法,如电沉积回收金属就是直接阴极还原过程。电沉积是利用电解液中不同金属组分的电位差,使自由态或结合态的金属在阴极析出的过程。金属离子回收的电化学反应,最简单的金属回收方式就是金属阳离子的直接还原Mn++ne-1→M在某些情况下,金属不是以自由的离子状态存在,而是以有机或无机配合物的配合状态存在。以铜的配合物为例,此时的沉积反应为:CuCl32-+e-1→Cu+3Cl-
1.3 光电化学氧化: 半导体材料通过吸收可见或紫外光中的能量,并通过产生“电子—空穴”对,储存多余的能量,使得半导体粒子能够克服热动力学反应的屏障,作为催化剂使用,进行一些催化反应。例如:
半导体粒子+hυ—hυb++hυb-
2(CN-+H2O+2 hυb+→2H++CNO-)
显然维持较高的“电子—空穴”浓度是光催化反应的前提。为避免电子—空穴的复合,在光催化体系中外加电流,使得光生电子能迅速流动,产生电子流,避免电子—空穴的重新结合,这样就能在半导体材料中维持较高的“电子—空穴”浓度。这样的氧化方法叫光电化学氧化,也称电助光催化。最常用的光催化半导体材料是TiO2。半导体光催化氧化或光电催化氧化对多种有机物如4-氧酚、三氧乙酸、对苯二酚、乙醇及多种无机物如CN-、S2-、I-等离子都能发生作用,很多情况下可以把有机物彻底无机化。
1.4 电浮选/电凝聚： 电凝聚也叫电浮选,是一种从水相中分离固体悬浮物的方法。如从水相中分离油状物、乳化剂、胶体颗粒等和其他悬浮状有机物等。
2.电化学技术在污水处理中的应用进展：
Kennedypl研究认为电化学方法对印染废水的脱色非常有效,当电化学反应器中废水主流区Fe2+浓度为200 mg/L~500 mg/L时,色度去除率可达90%~98%,COD和BOD去除率为50%~70%,重金属离子去除率80%~100%,印染废水经电化学处理后,废水的毒性有明显的减少。 Ogvtven等人用双电极填充床电化学反应器进行了对印染废水处理的研究,认为最适宜的pH值为7~9,向印染废水中投加NaCl会明显提高处理效率;当每m3废水电耗为2.24 kWh时,废水中染料去除率为98%~100%,废水中其他污染物如重金属氰化物、酚和油等也同时被去除。Boudenne在苯酚和氯酚的电催化降解中,采用了碳黑作催化剂,碳黑既能将有机物吸附至其表面,又能作为导体充当电子传递的催化剂,因此有机物的去除率明显加快。
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