电催化氧化技术降解水中有机物的研.ppt
The study progress of Degradation of Organic Wastewater by Electro-catalytic Oxidation,电（化学）催化氧化技术 降解水中有机物的研究进展,主要内容框架,电催化氧化技术电催化氧化技术的发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）是指通过阳极反应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,其反应在电极/溶液界面进行。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。,电催化氧化技术的发展,水中生物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,电催化氧化技术的发展,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。,电催化氧化技术的发展,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发展,电化学理论研究不断深入,许多有机化合物的氧化还原反应、加成反应或分解反应，都可在电极上进行,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。,电催化氧化技术的发展,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/PbO2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表面的有机物或溶剂中的电子发生氧化还原反应。,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,电催化反应中,通过电解产生的O2和外源O2在阴极上还原产生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,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行 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，一般去油量会达到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0.7mg/L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 0.190.22A/cm2 下电解 3h，甲醛即被分解，电流效率可达 95.5%，绝大部分 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，邻氯苯甲酸先被还原为邻氯苄醇，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0.190.22A/cm2时电解3h,可使废水中的甲醇全部分解。含乙二醇的废水，采用PbO2作阳极进行电解氧化，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2540，电压为3.74.0V，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，则比较困难。,电催化氧化技术的应用 处理染料的装置,电催化氧化技术的应用,除石墨、Pt、PbO2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）反应体系的PH值（3）反应体系的电压,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,反应体系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，只有外加电场达到一定的强度时，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PbO2，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，成本高，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PbO2 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、水分解等副反应，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应速度及电流效率。这也是导致其能耗较高的原因之一。,电催化氧化技术的发展研究方向,（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,
