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钛阳极在电化学水处理行业的原理、优越性、选择方法
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钛阳极在电化学水处理行业的原理、优越性、选择方法

发布时间 :2021-01-03 06:29:33 浏览次数 :

一、电催化氧化学法处理污水技术原理

1、电化学水处理技术

任何物质的分子都是原子组成的,而原子是带电的体系,因此在任何化学反应中,原子与原子相互作用时都有电现象发生。电化学水处理技术就是通过污水中的有机及无机物质的化学现象与电现象之间的关系进行处理水中的污染物。

电化学技术分为两部分:一部分为微电解(原电池反应)技术,是化学能转化为电能的过程视为可逆过程;另一部分为电解(电解池反应)技术,电能转化为化学能的过程,为不可逆反应电池,其本质是水相的粒子与固相为电极材料界面之间进行的电极反应。

2、电解池电极反应

废水处理的主要工艺采用多维电极法,通过在电极表面上发生电催化降解,其电极可直接产生的极强的氧化能力且对有机物及无机物无选择性的羟基自由基[·OH ](ε°= 2.80v, p=569.3Kj )去氧化水中的污染物,使污染物被彻底矿化,即称为电化学燃烧过程;若水溶液中含有像CI -、SO42-这样的电解质如用:硫酸钠、氯气、次氯酸盐及氯酸盐等。生成的过氧化物如S2O82-、H2O2等所催化氧化水中的污染物,该过程称为电化学转化过程,从而电氧化有效地去除废水中的COD。

A)电解过程中的一些主要反应如下:(不含氯废水)

阳极反应:OH— →1/ 2O2 + H2O + 2e—

阴极反应:O2 + H2O + 2e—→ HO2— + OH—

总反应:1/ 2O2 + OH— → HO2—

电解产生的过氧化自由基[HO2—],在碱性条件下,使废水中产生次级反应,使得污染物从而降解或者直接分解为CO2 ,或转化为其它简单化合物。

电解过程服从法拉第定律。即电极上析出的物质数量与通过溶液的电流强度及通电的时间成正比。同样,去除废水中的有机污染物也符合法拉第定律。在去除废水中的有机污染物的过程中,并不需要彻底氧化成最终产物即CO2和H2O,只需要把有机污染物分子断链,撕成带电荷的有机物“碎片”,通过电解吸附絮凝沉降去除有机污染物。

B)电解过程中的一些主要反应如下:(含氯废水)

电极过程为:阳极反应析出氯气溶于电解液后生成HCL和HCLO,阴极析出H2后生产OH-离子,将阳极产生的H+中和,生成H2O和NaCLO:

HCLO→H++CLO-

HCLO+Na++OH-→NaCLO+H2O

总反应式:NaCL+H2O→NaCLO+H2

NaCLO具有漂泊、消毒杀菌能力的强氧化性。在污水处理中工作原理:间接氧化处理污水。

1.2 电催化氧化反应器处理污水反应类型

1.2.1. 直接电解

电化学技术的直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或者被还原而从废水中去除。直接电解可分为阳极电极过程和阴极电极过程。阳极电极过程就是指污染物在阳极表面氧化而转化成较小的物质或易生物降解的物质,甚至发生有机物无机化,从而达到削减、去除污染物的目的。阴极电极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除,主要用于卤代烃的还原脱卤和重金属的回收等方面。

1.1.2 间接电解

电化学技术的间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂,使污染物转化成更小的物质。间接电解分为可逆过程和不可逆过程。可逆过程(媒介电化学氧化)是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质,如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H2O2和O3等氧化有机物的过程,还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体,包括溶剂化电子、•OH、•HO2、O2-等自由基,进行氧化还原反应,形成新的物质粒子去除或矿化。

钛阳极

二、电化学水处理技术的优越性

(1) 环境兼容性高

电化学水处理技术使用清洁、有效的电子在电解过程中不需要另外添加氧化剂或者还原剂,絮凝剂等化学药剂,是一种基本对环境无污染的“绿色”处理技术。由于界面电场中存在着极高的电位梯度,电极相当于异相反应的催化剂,因而减少了有可能因加催化剂而带来的环境污染,在电解过程中自身同时还产生的 •OH自由基都可以直接与废水中的有机污染物反应,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,同时,电化学过程有高度的选择性,可防止副反应产物的生成,减少污染物发生;

(2) 多功能性

电化学过程具有直接和间接氧化与还原、相分离、浓缩与稀释、生物杀伤等功能,能量效率高,电化学过程一般在常温常压下就可进行;

(3)经济适用

电解设备及其操作一般比较简单,费用较低,占地面积小,一般成模块式组合。

(4)氧化能力极强。

(1) 羟基自由基(OH)的氧化性极强,仅次于氟(F2),比臭氧(O3)强很多;

(2)OH自由基氧化降解有机物的化学反应是链式反应,也就是说一旦氧化反应发生,只要不加入抑制剂,反应会一直不断连续循环进行下去;

(3)对有机污染化合物的降解具有彻底性(有时可以一直氧化为二氧化碳和水)和广普性(任何有机物可被氧化降解);

三、电催化氧化反应器设备结构介绍

1. 电解设备阳极板采用组合式或者可拆卸式连接,针对不同污水水质情况确定阳极板的组合方式。阳极板采用高析氧电位,析氧过电位可达到1.93v(相对甘汞电极)

2. 设备底部采用微孔曝气装置,一方面在电解过程中能够充分的搅拌阳极板产生的羟基自由基(•OH自由基)充分的与污水中有机物进行反应,一方面能够及时补充污水中活性氧降解一部分COD。

3. 设备底部带有排泥装置,可定期排放污水在电解过程中形成的络合物沉淀。操作便捷,可操作性强。

4. 设备自带循环和抽风系统。根据污水的处理难以程度可调节流量大小,可控制污水在电解槽中的滞留时间和反应时间。

5. 电催化氧化设备一般用于高难度降解废水和生化后的末端污水。

6. 一般形成为模块式,电解方式通常采用循环电解。

四、涂层选择

由于此中试设备会处理不同废水(有机废水、高氯废水等)针对以上条件涂层选型为:钌铱(析氯环境))。

五、实验数据

1. 中石化炼油二进化废水电解处理数据

电极种类进水COD/mgL-1出水COD/mgL-1
钛基铱钌12567
钛基铱钽12556
钛基铱钌锡12556
锡锑中间层钛基二氧化铅12547
复合中间层钛基二氧化铅12521

2. 印染废水电解处理数据

电解时间 (min)氨氮 (mg/L)COD ( mg/L)色度
071.26592250
1550.26468100
3038.6436830
6010.942768
900.22140/
120<0.537/

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