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高效電催化電極處理含油廢水

在電催化反應過程中,電極處于“心臟”地位,是實現電化學反應及提高電解效率的關鍵因素。因此,尋找和研制催化活性高、導電性好、耐腐蝕、壽命長的陽極材料以降低處理成本是研究的熱點和重點。

  DSA電極(鈦基金屬氧化物涂層電極)是通過高溫熱分解或電沉積等方法將金屬氧化物涂層覆蓋在基體表面而構成的復合電極,是一種新型不溶性電極。DSA電極可以通過改變氧化物涂層的組成及改進制備工藝而獲得優異的穩定性和催化活性。相比于傳統電極,DSA電極具有很多優勢:陽極尺寸穩定,材料消耗率低;電能消耗少;工作壽命長;電催化活性高;污染小;基體機械加工性能好,可重復使用。

  經過幾十年的發展,鈦基金屬氧化物涂層電極的性能越來越好,種類也不斷增多,主要有鈦基釕系涂層電極、鈦基銥系涂層電極、鈦基二氧化錳涂層電極、鈦基二氧化錫電極和鈦基二氧化鉛涂層電極等,對于污水處理具有良好的應用前景。但還有許多工作要做,如:調整涂層表面結構,進而達到使有機物徹底氧化;降低成本;深入研究降解機理等。

  Santos等制備了Ti/Ru0.34Ti0.66O2電極用于處理含油污水,在電流密度為100mA/cm2時,50下電解70h獲得最大的COD去除率(57%)。機理分析:油在電極上通過金屬氧化物本身或電極表面產生的·OH直接氧化,或是被平行反應產生的具有氧化性的中間產物(如ClO-)間接氧化,懸浮油滴通過電氣浮聚集在一起。

  20世紀90年代后期,合成摻硼金剛石(BDD)薄膜電極開始受到重視,被認為是污水中有機污染物電化學氧化處理的理想電極。BDD電極具有許多不可比擬的優異特性:寬電化學勢窗,大程度地降低了消耗在電解水上的電能,提高了電流效率;低殘留電流;極好的電化學穩定性;耐蝕性以及表面不易被污染等,在常溫常壓下通過電化學高級氧化技術(electrochemicaladvancedoxidationprocess,EAOP)可直接將有機物礦化。

  目前,研究者們大多致力于制備高效的BDD膜電極并用于處理各類有機污水。Pacheco等利用BDD膜電極成功氧化處理苯酚、甲酚、苯鄰二酚和甲基鄰苯二酚污水,可將酚類完全燃燒成CO2或部分氧化成其它芳香化合物。Bellagamba等研究了BDD膜電極對聚丙烯酸酯的電化學燃燒。結果表明,在所有的實驗條件下,聚丙烯酸酯都能轉化為CO2。Chen等發現Ti/BDD電極能有效處理難降解污染物,并且具有很高的催化活性和穩定性。

  雖然BDD膜電極用于含油污水處理的研究還較少,但相信隨著BDD膜電極制備工藝的發展及降解機理的日趨成熟,BDD膜電極將廣泛應用于含油污水的處理。但在以下幾個方面還需要作進一步的研究:對BDD電極進行表面改性,以進一步提高BDD電極的電催化性能與壽命,例如提高摻硼量,摻入納米粒子Pt、Au、Ni、Cu或稀土金屬等,或者進行熱處理;加強對Ti/BDD電極的研究,提高電極對高濃度污水的處理效率;降低成本,針對實際污水開發新的聯合技術。

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