電催化氧化技術(shù)處理難生化有機(jī)廢水的研究進(jìn)展

任榮　汪張懿　熊桂洪

【摘 要】本文闡述了電催化氧化技術(shù)處理難生化有機(jī)廢水的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展，并對(duì)此方法的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】電催化技術(shù)；難生化有機(jī)廢水；研究進(jìn)展

隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，工業(yè)廢水排放量日益增加，成分日益復(fù)雜，其中含有高濃度難降解有機(jī)污染物工業(yè)廢水的處理一直是困擾大家的難題。電催化氧化技術(shù)是在電極表面的氧化作用下或由電場(chǎng)作用而產(chǎn)生的自由基作用下促使有機(jī)物氧化分解的技術(shù)。近來(lái)，利用電催化氧化技術(shù)處理難生化有機(jī)廢水的方法逐漸引起關(guān)注。

1 電催化氧化技術(shù)基本原理

電催化氧化基本原理可以從催化陽(yáng)極的作用方式和污染物的降解程度兩個(gè)方面解釋[1]。從催化陽(yáng)極的作用方式來(lái)看，基本原理分為兩種：直接氧化和間接氧化。從污染物的降解程度來(lái)看，基本原理分為電化學(xué)轉(zhuǎn)化和電化學(xué)燃燒兩種。催化電極主要分為二維電極和三維電極。

2 二維電極催化氧化處理有機(jī)廢水的研究進(jìn)展

鈦基涂層電極（DSA電極）是目前應(yīng)用最廣泛的工業(yè)電極，主要有鈦基二氧化鉛涂層電極、鈦基二氧化錫涂層電極、鈦基銥系涂層電極等。

鈦基二氧化鉛（PbO2/Ti）電極具有氧發(fā)生電位高、氧化能力強(qiáng)、耐腐蝕性好、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)。馮玉杰等[2]以電沉積法制備了鈦基PbO2電極，研究了此電極對(duì)苯酚的電催化氧化性能。研究結(jié)果表明，在10mA/cm2電流密度下通過(guò)0.72Ah電量后，可使100mL、COD濃度為270mg/L的苯酚溶液中的苯酚完全分解，COD去除率為67.4%。并提出苯酚的電催化氧化機(jī)理可能是由苯酚的直接電化學(xué)氧化為苯醌及苯醌的間接電化學(xué)氧化為有機(jī)酸兩部分組成。

梁鎮(zhèn)海等[3]考察了鈦基二氧化錫電極對(duì)苯酚的降解效果，采用熱分解法制備了鈦基二氧化錫電極來(lái)降解苯酚，結(jié)果表明，苯酚轉(zhuǎn)化率達(dá)到96.5%，其電催化性能優(yōu)于傳統(tǒng)單質(zhì)鉛電極和Ti/PbO2電極，是一種優(yōu)良的電催化劑。

謝實(shí)濤等[4]以自制Ti基RuO2-IrO2鍍層形穩(wěn)電極為陽(yáng)極，采用電催化氧化處理偶氮染料甲基橙模擬廢水。得出以硫酸鈉為支持電解質(zhì)的情況下，在自然pH、電極間距為1.0cm、電流密度為30.0mA/cm2、電解質(zhì)硫酸鈉濃度為20.0g/L、電解1.0h，甲基橙去除率高達(dá)90.0%以上。電催化氧化法作為一種高效簡(jiǎn)便的染料廢水處理技術(shù)，具有一定的應(yīng)用潛力。

3 三維電極催化氧化處理有機(jī)廢水的研究進(jìn)展

三維電極是一種新型的電化學(xué)反應(yīng)器，也叫粒子電極，它是在傳統(tǒng)的二維電解槽電極間裝填粒狀或其它碎屑狀工作電極材料，使裝填工作材料表面帶電，成為新的一極（第三極），在工作電極材料表面能發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)用比較廣泛的電極材料主要為金屬導(dǎo)體、導(dǎo)電陶瓷、鐵氧體、石墨及活性炭等。

作為一種新型的三維電極，活性炭-納米二氧化鈦電極受到研究者的廣泛關(guān)注。劉占孟[5]使用活性炭-納米二氧化鈦催化劑對(duì)偶氮染料甲基橙溶液進(jìn)行電催化氧化降解實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)能有效的降解去除廢水中的有機(jī)物，去除機(jī)理主要是基于生成的H2O2、·OH氧化作用。

李國(guó)平[6]等采用自制的活性炭粒子群電催化反應(yīng)器對(duì)氯苯和硝基苯生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理。在槽電流20～25A、停留時(shí)間30min的條件下，氯苯生產(chǎn)廢水中的氯苯質(zhì)量濃度為3.3～109.9mg/L、苯質(zhì)量濃度為13.1～395.7mg/L時(shí)，氯苯和苯的去除率分別在99%和97%以上，TOC和色度的去除率分別在71%和92%以上；硝基苯生產(chǎn)廢水中硝基苯、二硝基苯酚、對(duì)硝基氯苯的質(zhì)量濃度分別為4.5～292.3，83.3～348.0，69.5～93.9mg/L時(shí)，硝基苯和二硝基苯酚的去除率分別在96%和99%以上，TOC和色度去除率分別在90%和98%以上，對(duì)硝基氯苯在出水中未檢出。

王婧[7]等用粉末狀活性炭作為粒子電極，選擇石墨板和不銹鋼板分別作為陽(yáng)極和陰極，組成三維電極電化學(xué)反應(yīng)器，研究了此反應(yīng)器對(duì)鄰氯苯胺廢水的電催化氧化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)槽電壓為15.0V，溶液初始pH為3.0，支持電解質(zhì)濃度為0.10mol/L，極板間距為2cm，電解時(shí)間為30min時(shí)，鄰氯苯胺廢水的COD去除率達(dá)到97.50%。由于三維電極電催化氧化作用，鄰氯苯胺的苯環(huán)斷裂，對(duì)鄰氯苯胺有很好的降解效果。

4 電催化氧化技術(shù)的組合和衍生技術(shù)

由于電催化氧化技術(shù)具有許多獨(dú)到之處，可與其他技術(shù)相結(jié)合，使廢水處理取得更好效果。

莊琳懿[8]等利用超聲與電催化氧化技術(shù)耦合處理苯酚廢水，發(fā)現(xiàn)超聲輔助電催化氧化降解60min后，有中間產(chǎn)物甲酸、乙酸、苯酚，認(rèn)為是水楊酸在·OH的作用下，開環(huán)氧化降解生成乙酸和甲酸等小分子有機(jī)物，最后降解為二氧化碳和水。

曹學(xué)鋒[9]等研究了電催化氧化和臭氧氧化聯(lián)合使用處理高濃度有機(jī)廢水，獲得了良好的指標(biāo)：控制電解及氧化時(shí)間為2h，調(diào)節(jié)pH至中性，控制電極板間距為1cm，控制電流密度為1×10-2A/m2，控制電壓為29V，控制臭氧流量為1L/min，可達(dá)到高濃度有機(jī)廢水中有機(jī)物去除率90%的效果。

鄭蘇丹[10]等將膜分離和電催化技術(shù)耦合處理高含量苯酚廢水。發(fā)現(xiàn)此耦合技術(shù)相比單純電催化對(duì)苯酚有更好的降解效果，在相同處理時(shí)間內(nèi)可提高約40%的去除率，是一種可行的集成技術(shù)。

何冬冬[11]等采用絮凝和電催化氧化聯(lián)合工藝處理某高濃度有機(jī)廢水，發(fā)現(xiàn)控制適宜pH值，首先采用硫酸亞鐵和氯化鈣絮凝處理廢水，再將上清液添加至電解槽中電解，調(diào)整pH值為7，電極板間距為10mm，電流密度為1A/m2，臭氧流量為1L/min，氧化處理2h，可去除實(shí)驗(yàn)廢水中90%的有機(jī)物。

5 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)愈來(lái)愈嚴(yán)重的工業(yè)污水處理形勢(shì)，雖然電催化氧化技術(shù)處理廢水技術(shù)有一定局限性，但是此項(xiàng)技術(shù)的研究得到了更為廣泛的重視。目前主要的研究發(fā)展趨勢(shì)是研究電催化氧化技術(shù)基礎(chǔ)理論、研制新的電極材料、開發(fā)新型高效電解反應(yīng)器和電化學(xué)氧化工藝等方面。而電極作為電化學(xué)反應(yīng)器的心臟，探索具有高析氧過(guò)電位、催化活性高、使用壽命長(zhǎng)、電阻較小、導(dǎo)電率高、綜合性能良好的電極材料更是研究重點(diǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]矯彩山，孫艷，門雪燕，等.電催化氧化技術(shù)處理難生化有機(jī)廢水的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2007，32（1）：107～110.

[2]馮玉杰，沈宏，崔玉虹，等.鈦基二氧化鉛電催化電極的制備及電催化性能研究[J].分子催化，2002，16（3）：181-186.

[3]梁鎮(zhèn)海，張福元，樊彩梅，等.鈦基二氧化錫電極的制備及性能研究[J].稀有金屬材料與工程，2007，36（2）：278-281.

[4]謝實(shí)濤，孫南南，張傳雷，等.RuO2-IrO2/Ti陽(yáng)極電催化降解偶氮染料甲基橙模擬廢水[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2015，9（4）：1659-1662.

[5]劉占孟.活性炭-納米二氧化鈦電催化氧化降解有機(jī)物的基礎(chǔ)研究[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，18（1）：38-41.

[6]李國(guó)平，邱陽(yáng)，夏明芳，等.用活性炭粒子群電催化反應(yīng)器處理氯苯和硝基苯生產(chǎn)廢水[J].化工環(huán)保，2006，26（4）：299-302.

[7]王婧，孟慶函，曹兵.三維電極電催化氧化處理鄰氯苯胺廢水的研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012，35（7）：86-89.

[8]莊琳懿，馬前，宋衛(wèi)峰，等.超聲輔助電催化氧化降解水楊酸的研究[J].四川環(huán)境，2006，25（5）：4-8.

[9]曹學(xué)鋒，孟瑋，孫磊，等.臭氧-電催化聯(lián)合氧化處理高濃度有機(jī)廢水[J].有色金屬（選礦部分），2012，（3）：32-35.

[10]鄭蘇丹，張永剛，張雪琴，等.膜分離-電催化氧化耦合處理高含量苯酚廢水的研究[J].水處理技術(shù)，2013，39（5）：57-60.

[11]何冬冬，劉潤(rùn)清，孟瑋，等.絮凝-電催化氧化聯(lián)合工藝處理某高濃度有機(jī)廢水[J].有色金屬工程，2014，4（4）：68-70.

[責(zé)任編輯：湯靜]