电催化与有机废水处理

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电催化与有机废水处理,主要内容框架,电催化氧化技术,电催化氧化技术的开展,电催化氧化技术的机理,电催化氧化技术的优点,电催化氧化技术应用于降解水中有机物,影响电催化氧化效率的因素,电催化氧化技术的应用局限性,电催化氧化技术今后的主要研究方向,电催化氧化技术,电催化氧化Electro-catalytic Oxidation是指通过阳极反响直接降解有机物或产生羟基自由基OH、Cl2、O2及O3一类的氧化剂降解有机物的方法。,电催化氧化技术,该技术采用外加电场,其反响在电极/溶液界面进展。该技术特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的水中有机物的处理。,电催化氧化技术的开展,水中难降解有机物的处理技术一直是困扰国内外环境科学研究的重要课题,电催化氧化技术的开展,20,世纪,30,年代，国外学者提出用电解法处理废水，当时主要是处理废水中的,重金属离子,。,当时存在的问题,电力缺乏,电化学理论局限,能耗较高,电催化氧化技术的开展,20世纪60年代,电化学理论研究不断深入,电极材料研究不断取得进展,“氧化物修饰电极的出现等,推动电催化氧化,技术的开展,电化学理论研究不断深入,许多有机化合物的,氧化复原反响、加成反响或分解反响，,都可在电极上进展,电催化氧化方法,降解有机污染物,提,供,理论依据,电极材料研究不断取得进展,出现了钌钛涂层的金属阳极 也叫“形稳阳极并实现了工业化，该电极大大提高了电流效率和电极寿命。,电催化氧化技术的开展,近几年来，国内外开展了一系列研究工作，并取得了一些进展。,例如,E. Brillas,等用,Pb/PbO,2,电极和氧气气体扩散电极,降解了苯胺和,4-,氯苯胺,S. H. lin,等用,Fe,电极成功处理了纺织废水,L. Czpyrkowicz,等采用,Ti/Pt,和,Ti/Pt/Ir,电极,处理有机胺的废水,电催化氧化技术的机理,半导体材料处于一定强度的电场时,其价带电子也会越过禁带进入导带,同时在价带上形成电激空穴。空穴具有很强的俘获电子的能力,可以夺取半导体颗粒外表的有机物或溶剂中的电子发生氧化复原反响。,电催化氧化技术的机理,施加电压能使催化材料内部形成电压梯度,促使,空穴,与电子向相反方向移动,抑制其复合,从而提高了催化效率,。,电催化氧化技术的机理,电催化反响中,通过电解产生的O2和外源O2在阴极上复原产生H2 O2 ：, 酸性条件下:,O2 +H+ +2e H2 O2, 碱性条件下:,O2 + H2 O + 2e HO2-+ OH-,HO2- + H2 O + 2e H2 O2 + OH-,电催化氧化技术的优点,电催化氧化法的优点：,过程中产生的OH无选择地直接与废水中的有机物反响，将其降解为二氧化碳、水和简单有机物，没有或很少产生二次污染,电催化氧化技术的优点,电催化氧化法的优点：,能量效率高，一般常温常压下即可进展,既可单独处理，又可作为前处理,电催化氧化技术的应用,电催化氧化技术,目前广泛应用于,降解水中所含的,烃类有机物,醛类有机物,醇类有机物,酚类有机物,胺类有机物,电催化氧化技术的应用,处理水中烃类有机物,电催化氧化技术处理水中烃类有机物时，一般去油量会到达93%95%,对含油量为150mg/L以下的废水，处理后加混凝剂过滤，可以降到以下,对水溶性较大的烃类有机物，该技术通常应用石墨颗粒组成的三维复极性固定床电极来提高其处理效果。,电催化氧化技术的应用,处理水中醛类有机物,如采用不溶性 PbO2 作阳极，以 NaOH、Na2SO4 或 NaCl 作电解质，在电流密度为 2 下电解 3h，甲醛即被分解，电流效率可达 95.5% ，绝大局部 COD被去除。,电催化氧化技术的应用,处理水中醛类有机物,氯代醛,在,石墨电极,的电解氧化作用下，,75%,的有机氯代化合物可被分解，氧化得到毒性较小的化合物。,电催化氧化技术的应用,处理水中醛类有机物,对邻氯苯甲酸而言，以 PbO2作阳极，以Pb作阴极，在无Mn2SO4存在的情况下，邻氯苯甲酸先被复原为邻氯苄醇，然后阳极氧化生成邻氯苯甲醛及邻氯苯甲酸。在 有Mn2SO4存在时，可发生进一步的氧化生成脂肪酸，去除率可达 90% 。,电催化氧化技术的应用,处理水中醇类有机物,在含醇废水中，以不溶性PbO2作阳极，投入1mol/L的NaOH作电解质，当电流密度为2时电解3h,可使废水中的甲醇全局部解。,含乙二醇的废水，采用PbO2作阳极进展电解氧化，COD 可从 28000mg/L 降到 500mg/L。,电催化氧化技术的应用,处理水中酚类有机物,大多采用,孔炭材料,作阳极，有机废水通过炭孔，在电解作用下可去除其中的酚及其他有机物。例如，,COD,值为,29000mg/L,的含,酚,废水在温度为,25,40,，电压为，电流为,8A,时，,COD,值可降低到,671mg/L,。,电催化氧化技术的应用,处理水中胺类有机物,在含胺废水中，一般采用PbO2作阳极，苯胺很容易去除，但想要进一步氧化成 CO2，那么比较困难。,电催化氧化技术的应用,除石墨、,Pt,、,PbO,2,等析氧过电位较高的电极材料外,近年来还发现,一些掺杂,半导体电极,具有较高的析氧、析氯过电位,可防止有毒卤代物生成而造成二次污染,。,影响电催化氧化效率的因素,1催化电极本身的催化活性,2反响体系的PH值,3反响体系的电压,影响电催化氧化效率的因素,目前经常使用的催化剂仍是以半导体材料TiO2为主要原料,经过不同的改性、修饰制备而成的。为了减少催化剂的流失,大多也采用负载型催化剂,载体常选择既具有导电性又比较稳定的金属钛颗粒。,催化剂固定的方法,催化剂的固定方法常用,溶胶,-,凝胶法,，该方法制备的纳米粒子薄膜催化剂具有稳定性好、再生性强的优点而更受青睐。,影响电催化氧化效率的因素,反响体系PH值可以影响氧化效率，经实验证实，PH值越高，水中有机物降解去除率越高。,影响电催化氧化效率的因素,对于半导体催化剂，只有外加电场到达一定的强度时，它才会有明显的“空穴效应。,一般来说，随着外加电压的升高，体系产生自由基的速率也增大，有机物的去除效率也就提高了。,电催化氧化技术的应用局限性,该技术虽被证明在生物难降解水中有机物方面较为有效，但有些方法在,实际工程应用,中还存在着一些,局限性,。,电催化氧化技术的应用局限性,实用化电极材料不多,电极寿命不长,能耗较大,电解槽传质问题,电催化氧化技术的应用局限性,目前常采用的电极仍然是,石墨,、,铝板,、,铁板,、,不锈钢,和一些,不溶性电极,如,PbO,2,，及一些,贵金属,如,Pt,等。,电催化氧化技术的应用局限性,石墨电极强度较差，在电流密度较高时电极损耗较大，电流效率低。,铝板或铁板为可溶性电极，电极本身材料消耗量大，本钱高，因此产生的污泥量也大。,电催化氧化技术的应用局限性,不溶性电极,PbO,2,的氧化能力虽然高于石墨电极，但是因为其电催化性能较低，对难氧化分解的有机物的效果也不理想。,电催化氧化技术的应用局限性,目前用于废水处理的电极,种类不多,，而且也因电极材料的限制致使其,使用寿命不长,，即便是氧化物修饰电极，虽然在废水处理中的效果良好，但其工作寿命也只有几天。这些都进一步限制了电催化氧化方法在生物难降解水中有机物的广泛应用。,电催化氧化技术的应用局限性,在无电解质的废水中，采用常用的石墨电极或不溶性阳极时，因为电极对有机物的电催化氧化性能较低，在阳极上存在着析氧、水分解等副反响，导致电流效率降低，能耗较大，处理费用较高，使其在实际工程应用中受到经济因素的制约。,电催化氧化技术的应用局限性,电解过程中，传质因素决定了电极的反响速度及电流效率。这也是导致其能耗较高的原因之一。,电催化氧化技术的开展研究方向,1光催化氧化法与电催化氧化法的结合,2研制高电催化活性电极材料,3延长金属氧化物修饰电极的工作寿命,其他电化学,电吸附,采用大比外表积的吸附性电极,别离水中低浓度的有机物,如将-萘酚吸附到玻璃纤维球填充床电极上,电浮选和电凝聚,以,Al,、,Fe,等金属为阳极，电生成可溶性,Al(OH)63,或,FeOOH,等多核羟基配合物或氢氧化物，作为混凝剂凝聚废水中的胶体悬浮物沉积后去除。,电解凝聚,电气浮,通过电解水产生的氢、氧气体，携带废水中的胶体微粒，共同上浮，从而到达别离、净化的目的。,电凝聚,电渗析,在外加直流电场的作用下，利用阴阳离子交换膜对水中离子选择透过性，阳离子透过阳膜迁移到阴极液中，阴离子透过阴膜迁移到阳极液中，从而到达浓缩、纯化和别离的目的。,在电场作用下，离子选择性通过膜，从一个溶液进入另一种溶液，实现离子化污染物的别离、浓缩。,电,Fenton,Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合后得到的一种强氧化剂，对于难降解有机废水的处理卓有成效。但是在传统的Fenton法中，由于双氧水的费用较高，亚铁离子的再生困难，在反响过程中随着两者浓度的降低，使得反响速率难以维持在较高的水平上，对有机物特别是难降解有机物的降解时间较长，降解效果不够理想，水处理费用也很高。,电,Fenton,电Fenton法是利用电解产生双氧水或亚铁离子或者同时电生这两种物质，使之构成Fenton试剂。,阴极反响：,O2+2H+2e-=H2O2 =0.6825V ,Fe3+e-=Fe2+ =0.771V ,阳极反响：,Fe = Fe2+2e- =-0.4402V ,2H2O = O2+4H+4e- =1.229V ,电生的H2O2和Fe2+发生Fenton试剂反响：,H2O2+Fe2+=OH+OH-+Fe3+ ,电,Fenton,的三种工作方式,阴极电Fenton法，它利用电极反响和电生Fenton试剂对有机物进展降解。能现场产生双氧水，并能够有效的再生亚铁离子，但是这种方式对酸度有较高的要求pH2.5。,通过电极反响电生亚铁离子与参加的双氧水构成Fenton试剂，对有机物进展降解研究，该方式可以实时的控制双氧水和亚铁离子的配比，从而到达较高的反响速率，但是该方法需要消耗双氧水。,利用电极反响构成Fenton体系，在产生Fenton试剂的同时利用过量铁离子进展混凝沉淀，对实际废水有很好的处理效果。,电,Fenton,应用研究举例,Mehmet A等以碳纤维为阴极，铂丝为阳极，利用溶液中的溶解氧和阳极电生的氧气在阴极复原生成双氧水，继而与投加的亚铁离子构成Fenton试剂，对五氯酚溶液进展了降解研究。,电,Fenton,应用研究举例,郑曦等采用多孔石墨为阴极，不锈钢为牺牲阳极，同时在阴极通入空气电生双氧水和亚铁离子，对染料废水进展了处理研究。,电,Fenton,应用研究举例,采用活性炭纤维为阴极，不锈钢片为阳极，在阴极连续通入空气的条件下，对硝基酚模拟废水进展了电Fenton处理方法研究，研究结果说明，以活性炭纤维为阴极的电Fenton 法对硝基酚具有很好的处理效果。,土壤原位修复中的电化学方法的机制,电流的作用：,在阳极区产酸，酸液穿透土壤，是土壤外表污染物解附；,使土壤孔隙液中污染物和人为参加的处理液发生电迁移；,产生电位差，通过电渗作用去除污染物,土壤原位修复的电化学系统应用举例,美国一项研究，三个月，处理2吨含铅高岭土，处理费用1530,USD/,吨土；,荷兰一项研究，细沙含铅9000,mg/kg，,去除75；含砷300,mg/kg,粘土，去除90，能耗60200,kWh/m3,土,电化学处理让垃圾渗滤液无害,垃圾渗滤液的无害化处理是世界性的环保难题。武汉大学水电解工程组日前与武汉威蒙环保科技、中钢集团武汉平安环保研究院等单位合作，创造性地提出采用两级电化学高级氧化技术，深度处理垃圾渗滤液。据武汉大学教授周元全介绍，一级电化学反响之后，大局部有机污染物会转化为二氧化碳和水，一局部转性成为生物可降解的成分；二级电催化氧化之后，可将浓缩液中的重金属等无机物沉淀剔除。目前，课题组已成功研制出一套设备，并在阳逻陈家冲垃圾填埋场试运行，每天可处理10吨垃圾渗滤液的浓缩液，处理后的水质到达了国家一级排放标准，每吨浓缩液的处理本钱不到35元。据了解，国内普遍采用超滤膜处理垃圾渗滤液，但对过滤后的浓缩液目前仍无好的方法处理。“十二五期间，我国将新增58万吨垃圾处理能力，加上已建成垃圾填埋、燃烧厂补建的渗滤液处理设施，垃圾渗滤液无害化处理的市场容量每年将超过百亿元。,中国化工报,谢谢观赏,