負(fù)載型粒子電極在難降解廢水中的研究進(jìn)展

江中央

（中國(guó)天楹股份有限公司 上海 201210）

引言

高濃度難降解有機(jī)工業(yè)廢水一直是我國(guó)環(huán)境環(huán)保處理的重要難題之一，該水有機(jī)污染物因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、毒性強(qiáng)且不能利用常規(guī)的物理法、化學(xué)法和生物法進(jìn)行處理，這對(duì)我國(guó)寶貴的水資源造成了極大的威脅。而電化學(xué)技術(shù)處理廢水，不僅有機(jī)物降解好、且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，無需添加化學(xué)藥品，越來越受到研究者的青睞，已成為成為處理有機(jī)廢水的重要方法之一。近年來對(duì)粒子電極的研究日益增多，而負(fù)載型粒子電極催化劑的研發(fā)應(yīng)用備受研究者的青睞。本文主要對(duì)粒子電極在廢水處理中的的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 負(fù)載型粒子電極在難降解廢水中的研究進(jìn)展

1.1 碳基載體粒子電極

在粒子電極催化氧化領(lǐng)域中，由于活性炭(AC)價(jià)格低廉、產(chǎn)量較大，且具有較大的比表面積，成為研究最廣泛的催化劑載體之一。目前研究較多的是在載體上負(fù)載金屬催化劑，如過渡金屬、稀土金屬等，以提升三維粒子電極對(duì)廢水的處理效果。Li等將TiO2負(fù)載于活性炭粒子上，制備了以BDD為陽(yáng)極的BDDAC-TiO2三維電極系統(tǒng)，并研究了其去除羅丹明染料的效果，結(jié)果表明該系統(tǒng)的COD去除率是BDD二維系統(tǒng)的8.7倍、BDDAC三維系統(tǒng)的1.4倍，表明TiO2負(fù)載于活性炭粒子可有效促進(jìn)有機(jī)污染物的降解，是一種優(yōu)良的電化學(xué)催化劑。除活性炭外，人們亦在開發(fā)出具有更高機(jī)械性能、電子特性與物理化學(xué)性能的碳基催化劑載體，如碳納米管、石墨烯等。程勇等以甲基橙廢水為例，采用自制Ni-炭氣凝膠粒子電極對(duì)其處理，經(jīng)循環(huán)實(shí)驗(yàn)證實(shí)Ni-炭氣凝膠具有較好的去除效果與穩(wěn)定性，可重復(fù)利用。

1.2 金屬氧化物載體粒子電極

金屬氧化物載體催化劑載體主要以活性氧化鋁（即γ-Al2O3）為代表，因其多孔性、高分散度、高比表面積、良好的吸附性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)良特性而在催化劑載體領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。岳琳等制備了CuO/γ-Al2O3的粒子電極降解垃圾滲濾液，COD、氨氮去除率分別達(dá)到87.8%、45.4%，且20次反復(fù)使用后仍具有一定催化活性，表明該電極具有良好的穩(wěn)定性。班福忱等添加 CeO2對(duì)CuO/γ-Al2O3進(jìn)行改性，其對(duì)活性艷橙 X-GN的脫色率比未負(fù)載的γ-Al2O3電極提高了13.49%。張芳等則將Mn、Sn、Sb等多種金屬負(fù)載于γ-Al2O3載體上組成復(fù)合催化粒子層處理苯酚廢水，其對(duì)苯酚的降解率達(dá)到90.8%，比不加粒子電極的二維電解高35.2%。

然而與活性炭相比，活性氧化鋁的比表面積仍處于較低的水平，且其具有兩性的特征，在強(qiáng)酸強(qiáng)堿廢水中不適宜使用，同時(shí)活性氧化鋁在高溫?zé)Y(jié)過程中會(huì)出現(xiàn)龜裂、破碎等現(xiàn)象，并需要增加導(dǎo)電粒子或?qū)щ婋x子等方式解決其導(dǎo)電性極差的問題，因而限制了其在廢水電化學(xué)氧化領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用，人們亦關(guān)注其他類金屬氧化物做催化劑載體。鐵氧體因耐蝕性好、使用壽命長(zhǎng)和驅(qū)動(dòng)力而受到關(guān)注。王昭陽(yáng)等利用煉鋼廠產(chǎn)生的廢渣為主要原料，制備出具有一定磁性的表面孔隙結(jié)構(gòu)粒子，其組成的三維粒子系統(tǒng)對(duì)模擬印染廢水中羅丹明B具有較好的去除效果。

1.3 石英基載體粒子電極

為解決活性炭在催化氧化過程中因阻抗小，電流直接通過粒子，導(dǎo)致反應(yīng)電流效率低下的問題，一些研究者選擇高阻抗的多孔載體，石英具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐酸堿性強(qiáng)、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，是良好的催化劑載體之一，進(jìn)行難生物降解有機(jī)廢水的處理，取得了較好的研究成果。徐海青等以熱分解法制備了復(fù)合金屬氧化物Sn-Sb-Mn/陶瓷粒子電極，考察了該三維粒子電極的析氧特性及電催化性能，該粒子電極系統(tǒng)對(duì)苯酚去除率為92.3%，TOC的去除率為66.7%，明顯高于二維電極系統(tǒng)，污染物降解作用顯著。李明則采用以CuO-ZnO/多孔陶瓷粒子電極構(gòu)建的三維電解系統(tǒng)降解2-氨基吡啶，在適宜的條件下，2-氨基吡啶和COD的去除率可分別達(dá)到83.98%與74.44%，研究表明粒子電極可以顯著提高電流效率。

1.4 其他類載體粒子電極

高分子材料，性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、成膜性較好，成為負(fù)載型催化劑載體一個(gè)新的研究方向。秦強(qiáng)等以超細(xì)石墨粉為導(dǎo)電體，中空聚苯乙烯顆粒為載體，用水溶性環(huán)氧樹脂為粘接劑，阻隔劑為超細(xì)碳酸鈣，形成顆粒后用親水性硅氧烷偶聯(lián)劑對(duì)表面水解聚合處理，研制成一種三維粒子電極，該粒子電極能夠分散懸浮于水中，其密度、導(dǎo)電性可通過組分比例調(diào)整，電解過程中粒子電極不溶解。牟興瓊等用Cu、Fe、Co、Ni等過渡金屬的硝酸鹽溶液浸漬膨潤(rùn)土后烘干活化，制得粒子電極，處理玫瑰精B廢水的效果顯著提升，其中硝酸鐵改性的粒子電極對(duì)廢水中色度和COD的降解效果最好。

結(jié)語(yǔ)

負(fù)載型粒子電極催化氧化作為一種新型的高級(jí)氧化技術(shù)，解決了均相催化劑易流失難分離的問題，在廢水處理中有著良好的應(yīng)用前景，近年來已然成為研究熱點(diǎn)。目前，負(fù)載型粒子電極技術(shù)已廣泛應(yīng)用于處理印染廢水、苯酚廢水、焦化廢水、農(nóng)藥廢水、醫(yī)藥廢水等濃度高、毒性大、生物降解難的有機(jī)廢水但仍存在許多問題亟待解決：尋求更加廉價(jià)易得性能良好的載體與催化劑；催化劑的表面性能及在廢水中的催化機(jī)理研究仍待深入；長(zhǎng)期運(yùn)行可能導(dǎo)致床層粒子電極吸附飽和或失活，研發(fā)高效穩(wěn)定的負(fù)載型粒子電極的催化涂層是該技術(shù)的發(fā)展方向之一。