电催化氧化技术的分析与展望

1.电催化氧化技术原理

电催化氧化处理有机物技术是非常典型的高级氧化技术，其技术原理如图1所示。

 

 

图1 电催化氧化技术原理

该技术核心点是使阳极表面产生的强氧化性物质（以羟基自由基·OH为代表）与溶液中的有机物分子进行充分接触与反应，由此使得有机物分子被逐步氧化分解，直至形成二氧化碳和水。值得注意的是，这种强氧化性物质与有机物分子的接触至关重要。由于以羟基自由基为代表的强氧化性物质的稳定性都较差，使得这种接触只能通过有机物分子向电极/溶液界面处迁移来达成，进而使得传质过程成为电催化氧化技术的最主要限制步骤。但是，在含氯电解液体系中，由于有效氯的稳定性相对较高，可通过传质过程离开电极/溶液界面而进入溶液本体中，使得其氧化效能往往要高于非含氯电解液体系。

 

图2 电催化氧化设备图纸

2.电催化氧化与电解的不同之处

两者都是通过向阴阳电极通直流电发生化学反应，不过现代电催化技术大多使用贵金属涂层的DSA阳极，一般为钌系氧化物和銥系氧化物，个别为了强化电催化效果还会加入锡和钽，这样一旦通入直流电，就会在DSA阳极表面形成失电子的氧化反应，或者直接燃烧有机物，或者产生强氧化物氧化有机物。

而普通电解大多使用铁电极或者铝电极作为阳极，在高电导率的废水中一旦通电，铁或者铝单质就会失电子，形成三价铁或者三价铝离子，也就是电絮凝作用，在低电导率的纯水中，会在阳极产生氧气，阴极产生氢气。

 

图3 电催化氧化设备

3.电催化氧化技术适用范围

电催化氧化技术特别适用于高盐废水，尤其是含有一定Cl^-的废水，一方面是废水电导率高不易使用生化等传统技术处理，另一方面电导率越高则槽压越低，越能节约电能。电催化氧化技术的适用废水电导率范围一般为5000us/cm以上，Cl^-含量500mg/L以上，COD去除效率约为20mg/L每度电，所以其不太适用于高浓度废水处理，一般用于提标改造处理。

4.电催化氧化技术优势

(1)具有多种功能,便于综合治理。除可用电化学氧化和还原使毒物转化外,尚可用于悬浮或胶体体系的相分离。电化学方法还可与生物方法结合形成生物电化学方法,与纳米技术结合形成纳米-光电化学方法。

(2)电化学反应以电子作为反应剂,一般不添加化学试剂,可望避免产生二次污染。

(3)设备相对较为简单,易于自动控制。

(4)后处理简单,占地面积少,管理方便,污泥量很少。

 

5.结语展望

为了得到高的转化效率,必须满足以下要求:

(1) 氧化还原剂的生成电位必须不靠近析氢或析氧反应的电位;

(2) 氧化还原剂的产生速度足够大;

(3) 氧化还原剂与污染物的反应速度比其他竞争反应的大;

(4) 污染物或其他物质在电极上的吸附小。间接电化学转化更常见的方法是利用电化学产生的短寿命中间物(溶剂化电子、·OH、·O2、·HO2等自由基)来破坏污染物,过程是不可逆的。

电催化氧化和其他方法的结合是电催化氧化的前沿之一，其中最突出的是电催化氧化和生物法的结合，其原理是污染物在生物和电化学双重作用下得到降解，且微弱的电流还可以刺激微生物的代谢活动。在处理难生物降解或电解处理不彻底的废水方面已显出明显的优势。电催化氧化也可与絮凝、吸附等过程相结合，可取得更好的效果。电催化氧化还可与电渗析、离子交换等相互结合，这样可以得到高处理效率。