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鈦電極電化學技術在環保領域的貢獻

文字來源:深圳市圣瑞金屬科技有限公司人氣:668發布時間:2018-04-04

 隨著科學技術的加速發展,對環境的影響也日趨明顯,人們的環保意識也越來越強,如何才能低成本高效率的處理這些污染物呢?環境科學技術的發展給我們帶來了希望。環境科學技術的發展,更為高效、經濟的污染物處理技術逐步得到重視和利用,電化學技術處理環境污染物就是新近發展起來的環境污染控制技術之一,電化學技術具有運行成本低、效率高,不產生2次污染,設備簡單,兼具氣浮、絮凝、殺菌,尤其對難生物降解有毒污染物的去除非常有效,是目前國內外研究較為活躍的領域。

  1. 污染物的電化學處理方法: 電化學法在污水、廢氣和重金屬離子等污染物處理中的應用,從原理和方法上可以分為直接氧化、間接氧化、光電化學氧化、電還原以及電浮選/電絮凝等。
  1.1 電化學氧化:電化學氧化分直接電氧化和間接電氧化,直接電化學氧化是通過陽極氧化使有機污染物和部分無機污染物轉化為無害物質。在生物難降解污染物的處理如苯酚、含氟有機染料、氰化物等污染物的處理中,直接陽極氧化能發揮有效的降解作用。間接陽極氧化則是通過陽極反應產生具有強氧化作用的中間物質或發生陽極反應之外的中間反應使被處理污染物發生氧化,最終達到氧化降解污染物的目的。如在陽極生成壽命短、氧化性極強的活性物質,已有研究表明這類短壽命中間物質包括e-1(溶劑化電子)、HO·、HO2·、O2·等自由基,他們可以分解污染物質。通過溶液中可再生氧化還原電對進行有機污染物的氧化還原去除,如電解氯化鈉溶液產生ClO-。
  利用在陰極還原為H2O2,而后生成HO·、進而氧化有機物的方法的出現,可用于處理苯酚、苯的衍生物(苯胺類)、HCHO及CN-。為加速HO·的生成,可采用鐵陽極產生Fe2+,發生Fenton反應:
  Fe2++H2O2→OH-+HO·+Fe3+
  反應產生的HO·對有機物具有很強的氧化作用,Fe3+水解生成絮狀氫氧化鐵產生絮凝作用。
  1.2 電化學還原:電化學還原即通過發生陰極還原去除環境污染物,可分為陰極直接還原和陰極間接還原。陰極還原可以處理多種污染物,如金屬離子、含氧有機物、二氧化硫氣體等。有機物直接電化學還原可以使多種含氯有機物轉變成低毒性物質,同時還可提高產物的生物可降解性,例如:
  R—Cl+H++2e-1→R—H+Cl-
  間接陰極還原主要是指利用電化學過程生成的一些氧化還原媒質,如Ti3+、V2+和Cr2+,將污染物還原去除,如二氧化硫的間接電化學還原,可以轉化為單質硫:
  SO2+4Cr2++4H+→S+4Cr3++2H2O
  Cr3++e-1→Cr2+
  同時陰極還原往往也是回收有價值物質的一種方法,如電沉積回收金屬就是直接陰極還原過程。電沉積是利用電解液中不同金屬組分的電位差,使自由態或結合態的金屬在陰極析出的過程。金屬離子回收的電化學反應,最簡單的金屬回收方式就是金屬陽離子的直接還原Mn++ne-1→M在某些情況下,金屬不是以自由的離子狀態存在,而是以有機或無機配合物的配合狀態存在。以銅的配合物為例,此時的沉積反應為:CuCl32-+e-1→Cu+3Cl-
  1.3 光電化學氧化: 半導體材料通過吸收可見或紫外光中的能量,并通過產生“電子—空穴”對,儲存多余的能量,使得半導體粒子能夠克服熱動力學反應的屏障,作為催化劑使用,進行一些催化反應。例如:
  半導體粒子+hυ—hυb++hυb-
  2(CN-+H2O+2 hυb+→2H++CNO-)
  顯然維持較高的“電子—空穴”濃度是光催化反應的前提。為避免電子—空穴的復合,在光催化體系中外加電流,使得光生電子能迅速流動,產生電子流,避免電子—空穴的重新結合,這樣就能在半導體材料中維持較高的“電子—空穴”濃度。這樣的氧化方法叫光電化學氧化,也稱電助光催化。最常用的光催化半導體材料是TiO2。半導體光催化氧化或光電催化氧化對多種有機物如4-氧酚、三氧乙酸、對苯二酚、乙醇及多種無機物如CN-、S2-、I-等離子都能發生作用,很多情況下可以把有機物徹底無機化。
  1.4 電浮選/電凝聚: 電凝聚也叫電浮選,是一種從水相中分離固體懸浮物的方法。如從水相中分離油狀物、乳化劑、膠體顆粒等和其他懸浮狀有機物等。
  2.電化學技術在污水處理中的應用進展:

  Kennedypl研究認為電化學方法對印染廢水的脫色非常有效,當電化學反應器中廢水主流區Fe2+濃度為200 mg/L~500 mg/L時,色度去除率可達90%~98%,COD和BOD去除率為50%~70%,重金屬離子去除率80%~100%,印染廢水經電化學處理后,廢水的毒性有明顯的減少。 Ogvtven等人用雙電極填充床電化學反應器進行了對印染廢水處理的研究,認為最適宜的pH值為7~9,向印染廢水中投加NaCl會明顯提高處理效率;當每m3廢水電耗為2.24 kWh時,廢水中染料去除率為98%~100%,廢水中其他污染物如重金屬氰化物、酚和油等也同時被去除。Boudenne在苯酚和氯酚的電催化降解中,采用了碳黑作催化劑,碳黑既能將有機物吸附至其表面,又能作為導體充當電子傳遞的催化劑,因此有機物的去除率明顯加快。

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