第四章環(huán)境污染物的電化學(xué)去除第四章環(huán)境污染物的電化學(xué)去除14.1電化學(xué)去污方法及特點(diǎn)(1)多功能性它具有直接或間接氧化與還原、相分離、濃縮與稀釋、生物殺傷等功能,能處理從微升到106升的氣體、液體與固體污染物。(2)能量效率高與高溫燃燒反應(yīng)相比,它可在較低溫度下進(jìn)行。由于不經(jīng)過(guò)卡諾循環(huán)限制,能量利用率高。通過(guò)電位控制、電極與電解池的設(shè)計(jì),可減小由于電流分布不均帶來(lái)的副反應(yīng)、歐姆降等能量損失。(3)可自動(dòng)控制電化學(xué)過(guò)程中的兩大參數(shù)電流與電位信號(hào),易測(cè)定和自動(dòng)控制。4.1電化學(xué)去污方法及特點(diǎn)(1)多功能性它具有直接或間2(4)環(huán)境相容性高電化學(xué)過(guò)程中使用的主要試劑為電子,是最潔凈試劑。另外,較高的選擇性可防止副反應(yīng)發(fā)生,可減少污染物。(5)經(jīng)濟(jì)合算所需設(shè)備簡(jiǎn)單,操作費(fèi)用較低。根據(jù)上述特點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的電解池結(jié)構(gòu),利用先進(jìn)電極材料,可達(dá)到“零排放”要求。(4)環(huán)境相容性高電化學(xué)過(guò)程中使用的主要試劑為電子,是3存在問(wèn)題電化學(xué)技術(shù)治理環(huán)境污染物具有諸多優(yōu)點(diǎn),但也有其不足之處:

(1)能源消耗量大;(2)電極材料消耗過(guò)多;(3)操作工通常對(duì)電化學(xué)裝置不熟悉;(4)當(dāng)反應(yīng)物濃度不高時(shí),處理時(shí)間延長(zhǎng),電流效率降低

存在問(wèn)題電化學(xué)技術(shù)治理環(huán)境污染物具有諸多優(yōu)點(diǎn),但也有其不足之4對(duì)策(1)通過(guò)改變現(xiàn)有反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，提高被處理流體的流速來(lái)增加流體的擴(kuò)散速度，采用多陰極或膨脹陰極來(lái)提高電極比表面積，增加電極的有效反應(yīng)面積,提高電流效率；對(duì)策5工業(yè)中使用的電解槽由槽體、電解液、陽(yáng)極和陰極組成，多數(shù)用隔膜將陽(yáng)極室和陰極室隔開(kāi)。按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融鹽電解槽和非水溶液電解槽三類(lèi)。當(dāng)直流電通過(guò)電解槽時(shí),在陽(yáng)極與溶液界面處發(fā)生氧化反應(yīng),在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應(yīng)，以制取所需成品。對(duì)電解槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),合理選折電極和隔膜材料,是提高電流效率、降低槽電壓、節(jié)省能耗的關(guān)鍵。電解槽的基本形式:工業(yè)中使用的電解槽由槽體、電解液、陽(yáng)極和陰極組成，多數(shù)用隔膜6電解槽電解槽7例如三維電極應(yīng)用三維電極電解法在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用《河北化工》2004年06期三維電極-電Fenton耦合法是一種高級(jí)的電化學(xué)氧化法。三維電極法處理氯苯廢水《化工環(huán)?！?007年05期

例如三維電極應(yīng)用8電極、反應(yīng)器平板式雙電極型反應(yīng)器示意簡(jiǎn)圖電極、反應(yīng)器平板式雙電極型反應(yīng)器示意簡(jiǎn)圖9(2)將電化學(xué)技術(shù)與其他傳統(tǒng)的化學(xué)、物理方法相結(jié)合使用。以電沉積為例,當(dāng)系統(tǒng)中含有的物質(zhì)種類(lèi)很復(fù)雜時(shí)，用一些常用的物理、化學(xué)方法:萃取(去除系統(tǒng)中的部分溶解有機(jī)物)、活性碳吸附、化學(xué)氧化(除去一些無(wú)機(jī)離子)、氣提(除去系統(tǒng)中的部分溶解性氣體)預(yù)先處理廢液,可以使金屬的處理與回收率達(dá)到最佳。以國(guó)外離子交換法與電沉積相結(jié)合處理金屬?gòu)U液為例，在應(yīng)用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂后，樹(shù)脂中的氫離子與介質(zhì)中的金屬發(fā)生交換，結(jié)果相當(dāng)于金屬?gòu)U液被濃縮，其中金屬質(zhì)量濃度可從幾個(gè)mg/L達(dá)到30000mg/L，樹(shù)脂可用酸液清洗再生。(2)將電化學(xué)技術(shù)與其他傳統(tǒng)的化學(xué)、物理方法相結(jié)合使用。以104.2電化學(xué)技術(shù)處理環(huán)境污染物的基本方法及其原理

4.2電化學(xué)技術(shù)處理環(huán)境污染物的基本方法及其原理

114.2.1電沉積

利用電解液中不同金屬組分的電勢(shì)差,使自由態(tài)或結(jié)合態(tài)的溶解性金屬在陰極析出。適宜的電勢(shì)是電沉積發(fā)生的關(guān)鍵。無(wú)論金屬處于何種狀態(tài),均可根據(jù)溶液中離子活度的大小,由能斯特方程確定電勢(shì)的高低,同時(shí)溶液組成、溫度、超電勢(shì)和電極材料等也會(huì)影響電沉積過(guò)程。主要用于氯代烴的脫氯和重金屬的回收。4.2.1電沉積

利用電解液中不同金屬組分的電勢(shì)差,使自由12Mz++ne

M

1.溶解性重金屬的回收a)

M一般很小，遠(yuǎn)小于

Hb)沉積金屬與原基底的電極的

M不同Mz++neM1.溶解性重金屬的回收a)M一13用非水溶液熔融鹽控制i用非水溶液控制i14（1）金屬離子的存在形態(tài)2.

電沉積過(guò)程的影響因素Zn(CN-)4+2e=Zn+4CN-Cu(CN-)4+2e=Cu+4CN-（1）金屬離子的存在形態(tài)2.電沉積過(guò)程的影響因素Zn(CN15a.若要M1先沉積，必須j1>j2（2）其它離子的存在M1和M2a.若要M1先沉積，必須j1>j2（2）其它離16b.要求M1和M2完全分離，先沉積M1，待其濃度降低至10-6a1時(shí)，M2方才沉積j1,定量

3j2,開(kāi)始沉積b.要求M1和M2完全分離，先沉積M1，待其濃度降低至10-17若h1?h2?0，a1=a2,z1=z2若h1?h2?0，a1=a2,z1=z218c.若需M1與M2同時(shí)共沉積(形成合金)(I)

1o?

2o,h1?h2a1?a2?j1?j2(II)

1o-h1?

2o-h2a1,a2?j1?j2,

或調(diào)節(jié)h1與h2,(通過(guò)改變基底材料)c.若需M1與M2同時(shí)共沉積(形成合金)(I)1o?19(III)改變

o(絡(luò)合離子形式)如果兩種金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)相差不大，采用加入絡(luò)合劑的方法改變析出電勢(shì)，使得離子共同析出。例：加入絡(luò)合劑NaCN(III)改變o(絡(luò)合離子形式)如果兩種金屬的標(biāo)準(zhǔn)電20(3)陰極其它反應(yīng)a、溶解氧b、析氫O2+4H++4e

2H2O2H++2e

H2pH值??！(3)陰極其它反應(yīng)a、溶解氧O2+4H++4e2H2O221（4）陽(yáng)極反應(yīng)a.析氧:4OH-－4e＝O2＋2H2O(pH!!)b.含氯溶液中氯氣的析出c.電解液中某些成分的氧化d.非惰性陽(yáng)極的溶解（4）陽(yáng)極反應(yīng)a.析氧:4OH-－4e＝O2＋2H2O(22污染物的電化學(xué)去除ppt課件23

4.2.2電化學(xué)氧化

電化學(xué)氧化分為直接氧化和間接氧化兩種,屬于陽(yáng)極過(guò)程。直接氧化是通過(guò)陽(yáng)極氧化使污染物直接轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì);間接氧化則是通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化作用的中間物質(zhì)或發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)之外的中間反應(yīng)（媒介）,使被處理污染物氧化,最終轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。

4.2.2電化學(xué)氧化

電化學(xué)氧化分為直接氧化和間24對(duì)于陽(yáng)極直接氧化而言,如反應(yīng)物濃度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)表面反應(yīng)受傳質(zhì)步驟限制;對(duì)于間接氧化,則不存在這種限制。在直接或間接氧化過(guò)程中,一般都伴有析出H2或O2的副反應(yīng),但通過(guò)電極材料的選擇和電勢(shì)控制可使副反應(yīng)得到抑制。一般主要是針對(duì)難降解的有機(jī)物，包括水中、大氣中、土壤中等一些污染物的去除。對(duì)于陽(yáng)極直接氧化而言,如反應(yīng)物濃度過(guò)低25直接電化學(xué)氧化是在電極表面直接將有機(jī)物轉(zhuǎn)化或燃燒,用于直接氧化的陽(yáng)極應(yīng)具有兩個(gè)主要特點(diǎn):高的析氧反應(yīng)過(guò)電勢(shì)和強(qiáng)的抗腐蝕能力。直接的電化學(xué)氧化已經(jīng)被用于處理染料,間接電化學(xué)氧化最常見(jiàn)的方法是利用電化學(xué)產(chǎn)生的短壽命中間產(chǎn)物(溶劑化電子,以及·OH,O2·和HO2·等自由基)來(lái)進(jìn)攻污染物,因此過(guò)程是不可逆的,對(duì)有機(jī)污染物直接電化學(xué)氧化是在電極表面直接將有機(jī)對(duì)有機(jī)污染物26直接、間接電化學(xué)過(guò)程的分類(lèi)并不是絕對(duì)的,實(shí)際上一個(gè)完整的有機(jī)物電化學(xué)降解過(guò)程往往包含電極上的直接電化學(xué)氧化和間接電化學(xué)氧化兩個(gè)過(guò)程.研究表明,苯酚在Pt電極表面的降解反應(yīng)由兩個(gè)平行途徑構(gòu)成,一為吸附在電極表面的苯酚或其芳香族中間產(chǎn)物發(fā)生直接的電化學(xué)燃燒過(guò)程而轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2;另一過(guò)程為由電化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的HO·對(duì)苯酚進(jìn)行氧化降解過(guò)程.直接、間接電化學(xué)過(guò)程的分類(lèi)并不是絕對(duì)的,27電化學(xué)氧化程度可用電化學(xué)氧化指數(shù)(electrochemicaloxidabilityindex,EOI)表示,它由瞬時(shí)電流效率(ICE)計(jì)算:I為氧化反應(yīng)電流強(qiáng)度,V為電解液體積

t為ICE接近零時(shí)所需電解時(shí)間。EOI表示電化學(xué)氧化反應(yīng)的平均電流效率以及在給定條件下有機(jī)物發(fā)生電化學(xué)氧化的程度。EOI越大,表明電化學(xué)氧化電流效率越高,有機(jī)物氧化分解越徹底。電化學(xué)氧化程度可用電化學(xué)氧化指數(shù)(electrochemic28利用EOI可以導(dǎo)出電化需氧量(EOD),定義為:利用EOI可以導(dǎo)出電化需氧量(EOD),定義為:294.2.3電化學(xué)還原通過(guò)陰極還原反應(yīng)去除環(huán)境污染物。同電化學(xué)氧化一樣,分為陰極直接還原和間接還原。主要用于氯代烴的脫氯和重金屬的回收.R-Cl+H++2e=R-H+Cl-(直接方法）SO2＋4Cr3＋＋4H＋＝S＋4Cr3＋＋2H2OCr3＋＋e＝Cr2＋(間接方法）4.2.3電化學(xué)還原通過(guò)陰極還原反應(yīng)去除環(huán)境污染物。同電化304.2.4光電化學(xué)氧化

亦稱(chēng)為電助光催化。通過(guò)半導(dǎo)體材料吸收可見(jiàn)光和紫外光的能量,產(chǎn)生“電子-空穴”對(duì),并儲(chǔ)存多余的能量,使得半導(dǎo)體粒子能夠克服熱動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的屏障,作為催化劑使用,進(jìn)行一些催化反應(yīng)。4.2.4光電化學(xué)氧化

亦稱(chēng)為電助光催化。通過(guò)半導(dǎo)體314.2.5電吸附利用電極作為吸附表面,像傳統(tǒng)吸附過(guò)程一樣進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)的回收。它可以用來(lái)分離水中低濃度的有機(jī)物和其他物質(zhì)。為了維持較高的吸附特性,一般采用大比表面積的吸附電極。4.2.5電吸附32活性碳吸附常是去除低濃度難降解有機(jī)物的強(qiáng)有力手段,在常規(guī)的吸附法中活性碳用加熱法進(jìn)行再生。因再生操作溫度高,不僅是能耗大,而且活性碳損失嚴(yán)重,其費(fèi)用約占整個(gè)過(guò)程費(fèi)用的70%?；钚蕴嘉匠Ｊ侨コ蜐舛入y降解有機(jī)物的強(qiáng)有33控制電位的吸附/脫附方法,一方面可增大活性碳的吸附容量,另一方面可進(jìn)行吸附床的原位再生。將活性碳固定床施于不同電位,可使水中帶電狀況不同的芳香化合物的吸附量提高5倍。再生操作則是電化學(xué)脫附,即用醇溶液代替水溶液與活性碳床接觸且改變吸附床的電位,吸附質(zhì)便從活性碳上解脫到醇溶液中。顯然,這種方法可望用于從廢水中富集有價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)。污染物的電化學(xué)去除ppt課件344.2.6電凝聚

電凝聚也叫電浮選,即依靠電場(chǎng)的作用,通過(guò)電解裝置的電極反應(yīng),產(chǎn)生直徑很小的氣泡,用以吸附系統(tǒng)中直徑很小的顆粒物質(zhì),使之分離;或者在電浮選過(guò)程中,選用鋁質(zhì)或鐵質(zhì)的可溶性陽(yáng)極,利用電解來(lái)氧化鐵屑、鐵板、鋁板等生成Fe2+、Fe3+或Al3+,再凝聚成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀物,以實(shí)現(xiàn)污染物的分離。在電凝聚方面的最新技術(shù)是采用活性碳纖維(ACF)-鐵復(fù)合電極對(duì)印染與染料廢水進(jìn)行處理的電凝聚技術(shù)。4.2.6電凝聚

電凝聚也叫電浮選,即依靠電場(chǎng)的作用354.2.7電滲析

依靠在電場(chǎng)作用下選擇性透過(guò)膜的獨(dú)特功能,使離子從一種溶液進(jìn)入另一種溶液中,達(dá)到對(duì)離子化污染物的分離和濃縮。比普通滲析過(guò)程的遷移速率快、效率高。利用電滲析處理金屬離子時(shí)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(zhì)得到明顯改善。目前研究最多的是單陽(yáng)膜電滲析法。4.2.7電滲析

依靠在電場(chǎng)作用下選擇性透過(guò)膜的獨(dú)特功能,36電滲析法淡化裝置

電滲析法淡化裝置的原理：如示意。圖中，C為陽(yáng)膜，A為陰膜，C和A將淡化容器分成三個(gè)隔室，兩側(cè)的空中置放兩個(gè)惰性電極，容器中充填海水，這樣便構(gòu)成了一個(gè)最簡(jiǎn)單海水淡化裝置。

電滲析法淡化裝置電滲析法淡化裝置的原理：如示意。圖中，C為37

在直流電場(chǎng)作用下，Na＋透過(guò)陽(yáng)膜，Cl－透過(guò)陰膜，分別離開(kāi)中間隔室，但兩側(cè)電極室中的離子卻不能進(jìn)入中間隔室，結(jié)果使中間隔室的溶液濃度隨著電滲析過(guò)程而逐漸降低，最后降至所要求的含鹽量，從而達(dá)到淡化的目的；而在兩側(cè)隔室中，濃度逐漸增高，以至形成濃鹽水或鹵水。在直流電場(chǎng)作用下，Na＋透過(guò)陽(yáng)膜，Cl－透過(guò)陰膜38電滲析裝置電滲析裝置394.2.8電化學(xué)膜分離利用膜兩側(cè)的電勢(shì)差進(jìn)行的分離過(guò)程。常用于氣態(tài)污染物的分離。4.2.8電化學(xué)膜分離404.3電化學(xué)技術(shù)在環(huán)境

污染物處理中的應(yīng)用

4.3電化學(xué)技術(shù)在環(huán)境

污染物處理中的應(yīng)用41廢水處理的緊迫性工業(yè)的發(fā)展造成了越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境污染，水體中大量污染物嚴(yán)重威脅著人類(lèi)自身的健康。

1994年以來(lái)，美國(guó)在飲用水中發(fā)現(xiàn)了100多種合成有機(jī)物，如多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴等，具有“三致”作用。根據(jù)我國(guó)1998年對(duì)全國(guó)109700公里河流進(jìn)行的評(píng)價(jià)，我國(guó)河流長(zhǎng)度有70.6%被污染，其中有機(jī)污染是一個(gè)不可忽視的因素。4.3.1廢水處理的電化學(xué)技術(shù)

廢水處理的緊迫性工業(yè)的發(fā)展造成了越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境污染，水體中42

難降解有機(jī)廢水如醫(yī)藥、化工、染料工業(yè)廢水的特點(diǎn)：CODCr（化學(xué)耗氧量）高，一般為數(shù)萬(wàn)mg/L，而國(guó)家的排放最低標(biāo)準(zhǔn)僅為300mg/L（二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)）；BOD5/COD小于0.1，可生化性低。難降解有機(jī)廢水如醫(yī)藥、化工、染料工業(yè)廢水43常用的廢水處理方法物理處理法沉淀，氣浮，過(guò)濾，離心化學(xué)處理法中和，混凝，氧化還原，離子交換生物處理法好氧，厭氧常用的廢水處理方法物理處理法沉淀，氣浮44廢水處理中的高級(jí)氧化技術(shù)

高級(jí)氧化技術(shù)（AdvancedOxidationTechnology，簡(jiǎn)稱(chēng)AOT)是指在水處理過(guò)程中可產(chǎn)生羥基自由基，使水體中的大分子難降解有機(jī)物氧化成低毒或無(wú)毒的小分子物質(zhì)，甚至直接降解成為CO2和H2O，接近完全礦化。電化學(xué)方法可以將有機(jī)污染物完全降解為CO2和H2O,此過(guò)程被稱(chēng)為“電化學(xué)燃燒”。廢水處理中的高級(jí)氧化技術(shù)高級(jí)氧化技術(shù)（Advanced45羥基自由基(·OH)因其有極高的氧化電位(2.8V),其氧化能力極強(qiáng)羥基自由基(·OH)因其有極高的氧化電位(2.8V),46廢水處理中的高級(jí)氧化技術(shù)化學(xué)氧化——O3，H2O2，ClO2Fenton氧化電化學(xué)氧化濕式空氣氧化超臨界水氧化光催化氧化幾種方法的聯(lián)用廢水處理中的高級(jí)氧化技術(shù)化學(xué)氧化——O3，H2O2，ClO247Fenton試劑H2O2過(guò)氧化氫與催化劑Fe2+構(gòu)成的氧化體系通常稱(chēng)為Fenton(芬頓)試劑。在催化劑作用下，過(guò)氧化氫能產(chǎn)生兩種活潑的氫氧自由基，從而引發(fā)和傳播自由其鏈反應(yīng)，加快有機(jī)物和還原性物質(zhì)的氧化。Fenton試劑一般在pH3.5下進(jìn)行，在該pH值時(shí)基自由基生成速率最大。其實(shí)質(zhì)：H2O2在Fe2+的催化下產(chǎn)生具有高反應(yīng)活性的·OH。Fenton試劑H2O2過(guò)氧化氫與催化劑Fe2+構(gòu)成的氧化體48電化學(xué)Fenton試劑(電生羥基自由基)

Fenton法主要是通過(guò)光輻射、催化劑、電化學(xué)作用產(chǎn)生·OH。電Fenton法是H2O2和Fe2+通過(guò)電化學(xué)法持續(xù)地產(chǎn)生·OH，它比一般化學(xué)Fenton試劑具有H2O2利用率高、費(fèi)用低及反應(yīng)速度快、基本無(wú)2次污染，等優(yōu)點(diǎn)。電化學(xué)Fenton試劑(電生羥基自由基)49

電化學(xué)水處理過(guò)程包括兩個(gè)方面:一是使污染物在電極上發(fā)生直接電催化反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的“直接電化學(xué)過(guò)程”,二是利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性活性物種使污染物發(fā)生氧化還原轉(zhuǎn)變的間接電化學(xué)過(guò)程.這兩個(gè)過(guò)程均伴有放出H2與O2的副反應(yīng),電流效率的高低與析氧、析氫的程度密切相關(guān),但通過(guò)電極材料的選擇和電位控制可以減少電流的析氧損失,提高電流效率.電化學(xué)水處理過(guò)程包括兩個(gè)方面:一是使污染物在電極上發(fā)生直接50無(wú)機(jī)污染物處理利用電沉積、電化學(xué)氧化還原、光電化學(xué)氧化等電化學(xué)方法,可以處理多種無(wú)機(jī)污染廢液。如:有毒重金屬離子、有毒無(wú)機(jī)鹽(包括氰化物、硫氰酸鹽)、硫酸鹽、硫化物、氨等。無(wú)機(jī)污染物處理51CN-

在電鍍工業(yè)中,為了得到致密的鍍層,仍需使用大量的氰化物,因此,必須除去廢水中的CN-。傳統(tǒng)的化學(xué)方法是用氯和堿反應(yīng)產(chǎn)生的次氯酸鹽將CN-氧化為危害較小的氰酸鹽。當(dāng)氰化物深度大于1g·dm-3時(shí),很容易產(chǎn)生有害的氯化氰氣體,因此氰化物必須經(jīng)過(guò)稀釋。應(yīng)用電化學(xué)技術(shù),采用石墨或不銹鋼陽(yáng)極,CN-能夠在陽(yáng)極直接被氧化,金屬離子同時(shí)在陰極沉積。當(dāng)CN-濃度較高時(shí)(>1g·dm-3),電化學(xué)法比化學(xué)法更經(jīng)濟(jì),不會(huì)產(chǎn)生有害的氯化氰氣體。CN-在電鍍工業(yè)中,為了得到致密的鍍層,仍需使用大量的52CN-+2OH-=CNO-+H2O+2e然后CNO-在堿性液中反應(yīng)生成N2、NH3等物質(zhì)。處理1kg氰化物能耗為10-40kWh。2CN-+O2=2CNO-CNO-+2H2O=NH4++CO32-為進(jìn)一步降低廢水中的[CN-],可加入NaCl進(jìn)行電解,通過(guò)ClO-使之進(jìn)一步氧化,但此時(shí)屬間接氧化過(guò)程。CN-+2OH-=CNO-+H2O+253注意：在陽(yáng)極氧化有毒物（CN－）。要控制較高的電極電勢(shì)。電極電勢(shì)的上限由陽(yáng)極材料的穩(wěn)定性及副反應(yīng)的發(fā)生所決定。這些副反應(yīng)包括氧的放出,在氯化物的溶液中還包括氯氣的釋放。副反應(yīng)的發(fā)生能降低電流效率,增加能耗。因此,陽(yáng)極材料必須對(duì)氧有較高的過(guò)電勢(shì)。陽(yáng)極氧化有毒物可以通過(guò)直接氧化或間接氧化來(lái)實(shí)現(xiàn)。注意：54電滲析、離子交換輔助電滲析以及電浮選和電凝聚不僅可以用作清潔生產(chǎn)工藝以預(yù)防環(huán)境污染,而且它們也是有效的廢液處理方法。工業(yè)上采用電滲析的方法處理含Ni2+Sn2+、亞磷酸鹽和次磷酸鹽等稀溶液。電滲析、離子交換輔助電滲析以及電浮選和電凝聚不僅可以用作清潔55重金屬離子廢水的處理

在電鍍工業(yè)、冶金工業(yè)及印刷工業(yè)常產(chǎn)生含大量重金屬離子的廢水。常規(guī)的處理辦法是沉淀法,這些沉淀也需妥善處置,對(duì)堿性溶液中絡(luò)和的金屬離子,沉淀法并不十分有效。電解法可將金屬離子轉(zhuǎn)化為其純金屬狀態(tài),有利于資源的回收和再利用。從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看,電解法是非常適用的簡(jiǎn)便方法。重金屬離子廢水的處理

在電鍍工業(yè)、冶金工56

污水中銀和銅回收的是一種旋轉(zhuǎn)電極結(jié)構(gòu)。它是一個(gè)兩維電極反應(yīng)器,在循環(huán)批處理?xiàng)l件下,一個(gè)陰極直徑為0.1258m、長(zhǎng)度為0.1254m、旋轉(zhuǎn)速度為750r/min、外加電流為500A的反應(yīng)器能將銅離子質(zhì)量濃度從500mg/L降到4mg/L,處理液一次通過(guò)的電耗為8.13kw·h/kg，出水濃度控制在100～175mg/L水平污水中銀和銅回收的是一種旋轉(zhuǎn)電極結(jié)構(gòu)。它是一個(gè)兩維電極57Cr電化學(xué)可氧化Cr3+為Cr6+,用于醫(yī)藥、電子和航空工業(yè)中氧化劑的再生（回收）Cr6+、Cr3+的去除：Cr(OH)3沉淀Cr58根據(jù)廢水處理的目的,有機(jī)物電氧化分兩類(lèi)進(jìn)行研究。一是電化學(xué)轉(zhuǎn)換,即把有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒物質(zhì),或把非生物相容的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物相容的物質(zhì)(如芳香物開(kāi)環(huán)氧化為脂肪酸),以便進(jìn)一步實(shí)施生物處理;二是電化學(xué)燃燒,即直接將有機(jī)物深度氧化為CO2。三維電極反應(yīng)器處理染料廢水有機(jī)污染物去除根據(jù)廢水處理的目的,有機(jī)物電氧化分兩類(lèi)進(jìn)行有機(jī)污染物去除59對(duì)酚類(lèi)、含氮有機(jī)染料、氰化物等的處理,有機(jī)污染物也可以不完全降解,即發(fā)生間接電化學(xué)反應(yīng),利用電極反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化作用的中間物質(zhì),將有機(jī)污染物(不可降解物質(zhì))氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榭山到馕?然后再進(jìn)行生物處理,最終將其徹底降解。很多有機(jī)物如脂肪醛、醇、酮和尿液可在陽(yáng)極進(jìn)行氧化,最終生成H2O和CO2。此法適用于高濃度的有機(jī)廢水。當(dāng)濃度低時(shí),建議采用間接電化學(xué)過(guò)程。低濃度氯代烴廢水用焚燒法處理不經(jīng)濟(jì),能耗高又產(chǎn)生腐蝕。污染物的電化學(xué)去除ppt課件60污染物的電化學(xué)去除ppt課件61有機(jī)物陽(yáng)極表面氧化的機(jī)理

（三個(gè)步驟(S[]表示電極表面材料):

首先,溶液中的H2O或OH-在陽(yáng)極上放電并形成吸附的氫氧自由基:S[]+H2O=S[OH]+H++e-然后,吸附在表面的氫氧自由基中的氧遷移到有機(jī)物分子中,氧化有機(jī)物:S[OH]+R=S[]+RO+H++e-與此同時(shí),水參與的析氧反應(yīng)又會(huì)同時(shí)發(fā)生,降低反應(yīng)的電流效率:S[OH]+H2O=S[]+O2+3H++3e-以上的反應(yīng)模式及實(shí)例表明:直接電化學(xué)氧化作用是在電極表面的區(qū)域進(jìn)行的(可能是很薄的雙電層區(qū)域),反應(yīng)的步驟分為吸附過(guò)程、擴(kuò)散過(guò)程和氧化過(guò)程,有機(jī)物陽(yáng)極表面氧化的機(jī)理

（三個(gè)步驟(S[]表示電極62酚間接電氧化法還用于含酚廢水的處理。首先,水被電氧化產(chǎn)生OH·自由基,這些自由基吸附在電極表面與酚反應(yīng)生成CO2。應(yīng)用PbO2作陽(yáng)極可除去對(duì)苯酚和六氯苯酚,其機(jī)理與除去苯酚的機(jī)理是一樣的,電氧化產(chǎn)生的OH·自由基取代Cl,然后被氧化為醌,進(jìn)一步分解為馬來(lái)酸、草酸和CO2。酚間接電氧化法還用于含酚廢水的處理。63如Ag2

+相對(duì)SHE的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)為1.987V,Ag+在陽(yáng)極氧化為Ag2

+,Ag2+與H2O產(chǎn)生自由基,進(jìn)而與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)。用Ag+、Co2＋作為媒介物的電化學(xué)氧化也被認(rèn)為是間接氧化的一種形式,高電勢(shì)離子Ag2

+、Co3＋可以把有機(jī)物完全氧化為CO2,這種技術(shù)用于水中少量有害物的去除,而且這兩種氧化劑可以在電化學(xué)過(guò)程中循環(huán)生成。如Ag2+相對(duì)SHE的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)為1.987V,A64鹵代烴通常用燃燒的辦法除去廢液中的鹵代烴,對(duì)于含量較低的廢液,這種辦法是不適合的,因?yàn)樾杌ㄙM(fèi)較高的運(yùn)輸費(fèi)用及燃料費(fèi)用,有時(shí)還有腐蝕問(wèn)題。應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)在陰極或陽(yáng)極均可將其除去.電化學(xué)方法也用于其他的鹵代芳烴的脫鹵,如鹵代苯、多氯聯(lián)苯等.Schmal等評(píng)價(jià)了電還原含鹵代烴廢水的可行性,總的消耗與用活性炭吸附大致相同,但電還原法沒(méi)有后處理過(guò)程。陰極還氯一氯乙烷、三氯乙烷已經(jīng)得到證實(shí)。鹵代烴通常用燃燒的辦法除去廢液中的鹵代烴,對(duì)于含量較低的廢液65對(duì)于染料行業(yè)中的有機(jī)污染物如蒽醌、三苯甲烷以及其他含氮染料等,可用氧化銣、氧化鎂、氧化鈷、氧化鉛或以石墨為基質(zhì)的鈦涂層陽(yáng)極,在有氯離子存在的條件下進(jìn)行電化學(xué)氧化,或使用可溶性陽(yáng)極(如鋼)進(jìn)行電凝聚。廢水中的有機(jī)污染物被吸附到Fe(OH)2、Fe(OH)3絮體上,可以用弗林德理希吸附等溫線來(lái)描述。含氮染料氧化后的降解產(chǎn)物通常是CO2、N2,還可能形成芳香烴、芳香酯、酯肪烴等。實(shí)驗(yàn)表明:電化學(xué)氧化可使苯胺染料的轉(zhuǎn)化率達(dá)到97%,其中72.15%被氧化為CO2對(duì)于染料行業(yè)中的有機(jī)污染物如蒽醌、三苯甲烷以及其他含氮染料等66電解絮凝法電解絮凝法67污染物的電化學(xué)去除ppt課件68電化學(xué)方法處理有機(jī)污染廢液的過(guò)程與電極材料、電極表面結(jié)構(gòu)及負(fù)載情況、電解質(zhì)溶液組成以及濃度等因素相關(guān)。其中電極材料是最重要的因素,不同的電極材料具有不同的特殊催化特性,可以產(chǎn)生不同的反應(yīng)或不同的氧化中間物質(zhì),因此電極材料的開(kāi)發(fā)是電化學(xué)方法處理有機(jī)污染廢液技術(shù)的關(guān)鍵。電化學(xué)方法處理有機(jī)污染廢液的過(guò)程與電極材料、電極表面結(jié)69用于三維電極的新材料相繼問(wèn)世。新型碳電極有高孔積率的碳-氣凝膠電極(固體基質(zhì)由相互連接的膠體碳組成,比表面400～1000m2/g,正?？壮叽缧∮?0nm),金屬/碳復(fù)合電極(由金屬纖維和碳纖維組成,BET方法測(cè)定的比表面達(dá)750m2/g),碳泡沫復(fù)合材料以及網(wǎng)狀玻碳材料等。金屬化或功能化的導(dǎo)電聚合物作為三維電極材料的嘗試已在國(guó)內(nèi)外廣泛開(kāi)展。另一類(lèi)引人矚目的新材料是導(dǎo)電陶瓷電極材料,其導(dǎo)電性能與石墨相當(dāng),且化學(xué)惰性優(yōu)異,可作為陽(yáng)極或陰極材料,正在研究使之具有微結(jié)構(gòu)并可負(fù)載電催化劑。用于三維電極的新材料相繼問(wèn)世。新型碳電極有高孔積率的70電化學(xué)水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

電子轉(zhuǎn)移只在電極及廢水組份間進(jìn)行,不需另外添加氧化還原劑,避免了由另外添加藥劑而引起的二次污染問(wèn)題;可以通過(guò)改變外加電流、電壓隨時(shí)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件,可控制性較強(qiáng);過(guò)程中可能產(chǎn)生的自由基無(wú)選擇地直接與廢水中的有機(jī)污染物反應(yīng),將其降解為二氧化碳、水和簡(jiǎn)單有機(jī)物,沒(méi)有或很少產(chǎn)生二次污染;反應(yīng)條件溫和,電化學(xué)過(guò)程一般在常溫常壓下就可進(jìn)行;反應(yīng)器設(shè)備及其操作一般比較簡(jiǎn)單,如果設(shè)計(jì)合理,費(fèi)用并不昂貴;若排污規(guī)模較小,可實(shí)現(xiàn)就地處理;電化學(xué)水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

電子轉(zhuǎn)移只在電極及廢水組份間進(jìn)行,不71當(dāng)廢水中含有金屬離子時(shí),陰、陽(yáng)極可同時(shí)起作用(陰極還原金屬離子,陽(yáng)極氧化有機(jī)物),以使處理效率盡可能提高,同時(shí)回收再利用有價(jià)值的化學(xué)品或金屬;既可以作為單獨(dú)處理,又可以與其他處理相結(jié)合,如作為前處理,可以提高廢水的可生物降解性;兼具氣浮、絮凝、消毒作用;作為一種清潔工藝,其設(shè)備占地面積小,特別適合于人口擁擠城市污水處理.因此,電化學(xué)水處理技術(shù)被稱(chēng)為“環(huán)境友好”技術(shù),在綠色工藝方面極具潛力,可望得到廣泛應(yīng)用.當(dāng)廢水中含有金屬離子時(shí),陰、陽(yáng)極可同時(shí)起作用(陰極還原金屬離72

電化學(xué)水處理技術(shù)存在的主要問(wèn)題電化學(xué)水處理技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)在已經(jīng)歷了40多年,未能廣泛應(yīng)用的主要原因是效率不高,經(jīng)濟(jì)上不合理.電化學(xué)工藝處理特種難降解有機(jī)物的難點(diǎn)在于兩個(gè)“時(shí)間”問(wèn)題:一是處理廢水時(shí)間的問(wèn)題,即電催化法的效率如何提高;另一個(gè)是電極壽命問(wèn)題,即電極的穩(wěn)定性如何提高.對(duì)于前者,要從研制高電催化活性的電極材料和有效的反應(yīng)器設(shè)計(jì)入手來(lái)解決;對(duì)于后者,則要從電極材料、結(jié)構(gòu)和制備方法入手去研究.工業(yè)電化學(xué)發(fā)展至今,對(duì)于各種電化學(xué)反應(yīng)器的理論及制造技術(shù)已臻成熟,反應(yīng)器設(shè)計(jì)問(wèn)題實(shí)際上已基本解決.當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題就是電極材料、結(jié)構(gòu)與制備方法,這三者又密切相關(guān).電化學(xué)水處理技術(shù)存在的主要問(wèn)題73目前,國(guó)內(nèi)電化學(xué)水處理技術(shù)的應(yīng)用雖已有一定基礎(chǔ),同國(guó)外相比還顯得比較分散、不系統(tǒng),又多集中在重金屬去除及含氰廢水處理方面.電化學(xué)法在有機(jī)廢水處理方面的應(yīng)用正逐步發(fā)展,但對(duì)其機(jī)理的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠.在國(guó)外,電化學(xué)法處理有機(jī)廢水的研究報(bào)道較多,對(duì)反應(yīng)機(jī)理的探討也比較深入和系統(tǒng).目前,國(guó)內(nèi)電化學(xué)水處理技術(shù)的應(yīng)用雖已有一定基礎(chǔ),同國(guó)外744.3.3氣態(tài)污染物的電化學(xué)凈化化工廠、熱電廠等在生產(chǎn)中會(huì)排放出許多含有毒、有害物質(zhì)(如Cl2、H2S、SO2、NOx、CO2等)的氣體。（將Cl2還原成Cl-,N2O氧化為NH3,SO2氧化為H2SO4或還原S。這種轉(zhuǎn)換既能直接發(fā)生在電極上,也能通過(guò)間接電氧化還原完成。）采用電化學(xué)方法可處理凈化上述廢氣。4.3.3氣態(tài)污染物的電化學(xué)凈化75電化學(xué)方法處理凈化廢氣的工藝可分為槽內(nèi)工藝和槽外工藝。槽內(nèi)工藝是氣體直接經(jīng)吸附轉(zhuǎn)移到電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)并被處理;槽外工藝是氣體先被吸附到獨(dú)立的容器中,再轉(zhuǎn)移至電化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行處理。電化學(xué)方法處理凈化廢氣的工藝可分為槽內(nèi)工76電化學(xué)膜分離技術(shù)已成功地用于僅由H2S和N2組成的氣體、模擬煤氣以及模擬天然氣的脫硫。對(duì)于所用的電極材料,有幾種選擇,