電化學水處理技術的發展與水電解鈦陽極的應用

發布時間：2019-01-05 10:34:04 瀏覽次數：

一、電化學水處理技術的發展概況

20世紀60年代初期，隨著電力工業的迅速發展，電解法開始引起人們的注意。傳統的電解反應器采用的是二維平板電極，這種反應器有效電極面積很小，傳質問題不能很好地解決。而在工業生產中，要求有高的電極反應速度，所以客觀上需要開發新型、高效的電解反應器。

1969 年， backnurst等提出流化床電極(fluid bed electrode簡稱fbe) 的設計。這種電極與平板電極不同，有一定的立體構型，比表面積是平板電極的幾十倍甚至上百倍，電解液在孔道內流動，電解反應器內的傳質過程得到很大的改善。

1973年，m.fleischm amm與f.goodridge等研制成功了雙極性固定床電極(bipolar packed bed electrode簡稱bpbe)。內電極材料在高梯度電場的作用下復極化，形成雙極粒子，分別在小顆粒兩端發生氧化-還原反應，每一個顆粒都相當于一個微電解池。由于每個微電解池的陰極和陽極距離很小，遷移就容易實現。同時，由于整個電解槽相當于無數個微電解池串聯組成，因此效率大大提高。

二、電化學水處理技術

電化學水處理技術的基本原理是使污染物在電極上發生直接電化學反應或間接電化學轉化，即直接電解和間接電解。

1.直接電解

直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從廢水中去除。直接電解可分為陽極過程和陰極過程。陽極過程就是污染物在陽極表面氧化而轉化成毒性較小的物質或易生物降解的物質，甚至發生有機物無機化，從而達到削減、去除污染物的目的。陰極過程就是污染物在陰極表面還原而得以去除，主要用于鹵代烴的還原脫鹵和重金屬的回收。

2.間接電解

間接電解是指利用電化學產生的氧化還原物質作為反應劑或催化劑，使污染物轉化成毒性更小的物質。間接電解分為可逆過程和不可逆過程。可逆過程（媒介電化學氧化）是指氧化還原物在電解過程中可電化學再生和循環使用。不可逆過程是指利用不可逆電化學反應產生的物質，如具有強氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽、h2o2和o3等氧化有機物的過程，還可以利用電化學反應產生強氧化性的中間體，包括溶劑化電子、·ho、·ho2、o2-等自由基。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。

另外根據具體的使用方法還可分為：

1.電凝聚電氣浮法

在外電壓作用下，可溶性陽極（鐵或鋁）被氧化產生大量陽離子繼而形成膠體使廢水中的污物凝聚，同時在陰極上產生的大量氫氣形成微氣泡與絮粒粘附在一起上浮，這種方法稱為電凝聚電氣浮。在電凝聚中，常常用鐵鋁做陽極材料。

2.電沉積法

利用電解液中不同金屬組分的電勢差，使自由態或結合態的溶解性金屬在陰極析出。適宜的電勢是電沉積發生的關鍵。無論金屬處于何種狀態，均可根據溶液中離子活度的大小，由能斯特方程確定電勢的高低，同時溶液組成、溫度、超電勢和電極材料等也會影響電沉積過程。

3.電化學氧化

電化學氧化分為直接氧化和間接氧化兩種，屬于陽極過程。直接氧化是通過陽極氧化使污染物直接轉化為無害物質；間接氧化則是通過陽極反應產生具有強氧化作用的中間物質或發生陽極反應之外的中間反應，使被處理污染物氧化，***終轉化為無害物質。對于陽極直接氧化而言，如反應物濃度過低會導致電化學表面反應受傳質步驟限制;對于間接氧化，則不存在這種限制。在直接或間接氧化過程中，一般都伴有析出h2 或o2 的副反應，但通過電極材料的選擇和電勢控制可使副反應得到抑制。

4.光電化學氧化

通過半導體材料吸收可見光和紫外光的能量，產生“電子-空穴”對，并儲存多余的能量，使得半導體粒子能夠克服熱動力學反應的屏障，作為催化劑使用，進行一些催化反應。

5.電滲析

依靠在電場作用下選擇性透過膜的獨特功能，使離子從一種溶液進入另一種溶液中，達到對離子化污染物的分離和濃縮。利用電滲析處理金屬離子時并不能直接回收到固體金屬，但能得到濃縮的鹽溶液，并使出水水質得到明顯改善。目前研究***多的是單陽膜電滲析法。

6.電化學膜分離