電催化氧化技術(shù)處理難生化有機廢水的研究進展

任榮　汪張懿　熊桂洪

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

【關(guān)鍵詞】電催化技術(shù)；難生化有機廢水；研究進展

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作用而產(chǎn)生的自由基作用下促使有機物氧化分解的技術(shù)。近來，利用電催化氧化技術(shù)處理難生化有機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極的作用方式和污染物的降解程度兩個方面解釋[1]。從催化陽極的作用方式來看，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廢水的研究進展

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、耐腐蝕性好、導(dǎo)電性好等優(yōu)點。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)氧化為有機酸兩部分組成。

梁鎮(zhèn)海等[3]考察了鈦基二氧化錫電極對苯酚的降解效果，采用熱分解法制備了鈦基二氧化錫電極來降解苯酚，結(jié)果表明，苯酚轉(zhuǎn)化率達到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。

謝實濤等[4]以自制Ti基RuO2-IrO2鍍層形穩(wěn)電極為陽極，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90.0%以上。電催化氧化法作為一種高效簡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廢水的研究進展

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偶氮染料甲基橙溶液進行電催化氧化降解實驗，發(fā)現(xiàn)能有效的降解去除廢水中的有機物，去除機理主要是基于生成的H2O2、·OH氧化作用。

李國平[6]等采用自制的活性炭粒子群電催化反應(yīng)器對氯苯和硝基苯生產(chǎn)廢水進行處理。在槽電流20～25A、停留時間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，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，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)器對鄰氯苯胺廢水的電催化氧化效果。實驗結(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，電解時間為30min時，鄰氯苯胺廢水的COD去除率達到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廢水，獲得了良好的指標(biāo)：控制電解及氧化時間為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，可達到高濃度有機廢水中有機物去除率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)相比單純電催化對苯酚有更好的降解效果，在相同處理時間內(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，可去除實驗廢水中90%的有機物。

5 結(jié)語

面對愈來愈嚴(yán)重的工業(yè)污水處理形勢，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，探索具有高析氧過電位、催化活性高、使用壽命長、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。

【參考文獻】

[1]矯彩山，孫艷，門雪燕，等.電催化氧化技術(shù)處理難生化有機廢水的研究現(xiàn)狀及進展[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]謝實濤，孫南南，張傳雷，等.RuO2-IrO2/Ti陽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，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物的基礎(chǔ)研究[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報，2005，18（1）：38-41.

[6]李國平，邱陽，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，劉潤清，孟瑋，等.絮凝-電催化氧化聯(lián)合工藝處理某高濃度有機廢水[J].有色金屬工程，2014，4（4）：68-70.

[責(zé)任編輯：湯靜]