電催化氧化廢水處理原理

1. 電催化氧化為什麼可以降解有機物

【電催化氧化降解有機物的原理】電催化氧化是高級氧化的一種形式。高級氧化法最顯著的特點是通過某種方式，在氧化體系中產生羥基自由基（·HO）中間體，並以（·HO）為主要氧化劑與有機物發生反應，同時反應中可生成有機自由基或生成有機過氧化自由基繼續進行反應，達到將有機物徹底分解或部分分解的目的。
【電催化氧化技術】是將電作為催化劑，以雙氧水、氧氣、臭氧等作為氧化劑而進行的氧化反應。電催化氧化是高級氧化的一種形式。通過電催化氧化體系中產生的羥基自由基（·HO）與臭氧直接氧化相比，羥基自由基的反應速率高出了105倍，不存在選擇性，對幾乎所有的有機物均能進行反應，故高級氧化的效果穩定，不會隨水中的殘留有機物的變化而變化。

2. 廢水電解處理法的化學反應原理

電解槽內裝有極板，一般用普通鋼板製成。極板取適當間距，以保證電能消耗較少而又便於安裝、運行和維修。電解槽按極板聯接電源方式分單極性和雙極性兩種。雙極性電極電解槽的特點是中間電極靠靜電感應產生雙極性。這種電解槽較單極性電極電解槽的電極連接簡單，運行安全，耗電量顯著減少。陽極與整流器陽極相聯接，陰極與整流器陰極相聯接。通電後，在外電場作用下，陽極失去電子發生氧化反應，陰極獲得電子發生還原反應。廢水流經電解槽，作 為電解液，在陽極和陰極分別發生氧化和還原反應，有害物質被去除。這種直接在電極上的氧化或還原反應稱為初級反應。以含氰廢水為例，它在陽極表面上的電化學氧化過程為：
CN-+2OH--2e─→CNO-+H2O
2CNO-+4OH--6e─→2CO2↑+N2↑+2H2O氰被轉化為無毒而穩定的無機物。
電解處理廢水也可採用間接氧化和間接還原方式，即利用電極氧化和還原產物與廢水中的有害物質發生化學反應，生成不溶於水的沉澱物，以分離除去有害物質。電鍍含鉻廢水的電解處理過程是：
鐵陽極溶解：
Fe-2e─→Fe2+
6Fe2++Cr2O崼+14H+─→6Fe3++2Cr3++7H2O
CrO厈+3Fe2++8H+─→Cr3++3Fe3++4H2O
在上述電解過程中，廢水中大量氫離子被消耗，氫氧根離子濃度增加，廢水從酸性過渡到鹼性，進而生成氫氧化鉻和氫氧化鐵等物質沉澱下來：
Cr3++3OH-─→Cr(OH)3↓
Fe3++3OH-─→Fe(OH)3↓
把沉澱物質同水分離，達到去除鉻離子，凈化廢水的目的。以上反應式中除鐵陽極發生陽極溶解是初級反應外，其他為次級反應。
在上述電解過程中，除初級反應和次級反應的處理廢水作用外，還因電解水的作用，分別在陰極和陽極產生氫氣和氧氣，這兩種初生態【H】和【O】能對廢水中污染物起化學還原和氧化作用，並能產生細小的氣泡，使絮凝物或油分附在氣泡上浮升至液面以利於排除。這種方法稱為電浮選。此外，由於鐵或鋁制金屬陽極溶解的離子進一步水解，可以成為氫氧化亞鐵或氫氧化鋁等不溶於水的金屬氫氧化物活性混凝劑。這種物質呈多孔性凝膠結構，具有表面電荷作用和較強的吸附作用，能對廢水中的有機或無機污染物起抱合凝聚作用，使污染物相互凝聚而從廢水中分離出來。這種方法稱為電絮凝處理。
由此可見，廢水電解處理包括電極表面上電化學作用、間接氧化和間接還原、電浮選和電絮凝等過程，分別以不同的作用去除廢水中的污染物。

3. 電芬頓原理

目前應用於處理環境廢水的方法是傳統的處理方法，包括物理處理方法和化學處理方法。然而這些方法對於有毒性的、難降解污染物的處理效果是不明顯的，像是絲製品、噴塗過程、印染業和食品工藝中大量使用的合成染料。而且在使用過程中，這些有毒的染料，在氧化、羥基化或是其他化學反應作用下，還會形成一些副產物，也對生態和人類的健康造成了威脅。
隨著高級氧化技術（AOPs）的不斷發展，其在難降解污染物的處理上發揮了重要的作用。它是利用活性極強的自由基氧化分解水中的有機污染物，像·OH 具有很高的氧化能力，降解氧化水中的污染物，使其轉化為CO2 和H2O。Fenton 法就是高級氧化技術的一種，它是利用Fe2+ 和H2O2 反應，生成強氧化性的·OH，由於·OH 具有很高的氧化電位和無選擇性，因此其可以降解氧化多種有機污染物。但由於其在處理過程中需要大量的試劑量，像是H2O2，其制備、運輸和儲藏等花費較高。而electro- Fenton 相對降低了這部分花費，它可以通過在適合的陰極附近曝氣（氧氣或空氣），利用電化學持續的產生H2O2。
本文通過對electro- Fenton 基本原理、操作過程及影響因素的概述，旨在為從事此項研究的人員提供基礎的理論知識，以便其更好的深入研究。
2、電芬頓法處理廢水
2.1 基本原理
基於傳統Fenton 試劑的作用機理，electro- Fenton 也是由H2O2和Fe2+ 反應產生強氧化性的·OH。其中H2O2 的電化學產生是通過在陰極充氧或曝氣的條件下，發生氧氣的還原生成的，而Fe2+ 也可以通過陰極的還原反應得到。
在酸性條件下，通過充氧或曝氣的方法，氧氣在陰極會發生2e還原反應，如式（1）所示，產生H2O2。在此過程中，氧氣首先溶解在溶液中，然後在溶液中遷移到陰極表面，在那還原成H2O2［1］。而在鹼性溶液中，氧氣發生反應如式（2）所示，生成HO2-。Agladze［2］等通過檢測氣體擴散電極孔中鹼性介質，認為氧氣還原反應總是通過途徑（2）產生HO2- 和OH-。Enric Brillas 等在此基礎上，提出在酸性介質下，HO2- 的質子化生成了H2O2。當然H2O2 的產生和穩定性也受到其他因素的影響，包括電解池的構造、陰極性質和操作條件等。

4. 幾種電化學處理廢水的技術

原理微電解技術是目前處理高濃度有機污水的一種理想工藝，稱內電解法。它是在不通電的情況下，利用填充在污水中的微電解材料自身產生的電位差對污水進行電解處理，以達到降解有機污染物的目的。鐵炭微電解設備中的廢鐵屑填料的主要成分是鐵和炭，當將鐵屑和炭顆粒浸沒在酸性污水中時，由於鐵和炭之間的電極電位差，污水中會形成無數個微原電池。其中電位低的鐵成為陽極，電位高的炭成為陰極，在酸性充氧條件下發生電化學反應，其反應過程如下：陽極(Fe):Fe-2e—Fe2+，E0(Fe2+/Fe)二-0.44V;陰極（C):2H++2e—>H2,E0(H+/H2)=0.00Vo原電池反應產生的新生態氫能與污水中許多組分發生氧化還原反應，使有機物斷鏈，有機官能團發生變化，使有機污水的可生化性有一定的提高，同時Fe(OH)2及Fe(OH)3還具有絮凝和吸附作用，從而達到去除污水中污染物的目的。經過鐵炭微電解預處理後污水的酸188度大大降低，減少了中和劑的使用量。2)系統基本組成鐵碳微電解系統由鐵碳微電解池、配水系統、鼓風系統和加葯系統等組成。

5. 電催化法處理污水原理

目前污水處理界面臨著許多難題,其中對高濃度有毒有害難生化有機廢水、低濃度難生化污水、膜過濾濃縮液等污水的處理至今仍是研究的難點和熱點。在諸多的處理技術中，高級氧化技術作為預處理再與微生物處理組合或作為微生物出水處理而受青睞，但因高級氧化技術所產生的羥基自由基•OH方式不同，在污水處理中形成了不同的研究方法。

6. 電催化原理

電催化原理
選用合適的電極材料,以加速電極反應的作用。所選用的電極材料在通電過程中具有催化劑的作用,從而改變電極反應速率或反應方向,而其本身並不發生質的變化。電極上施加的過電位也能影響反應速率,因此衡量電催化作用的大小,必需用平衡電位Ee時的電極反應速率,常稱為交換電流密度i0。電解池和原電池的電位分別為E1和E2: 式中ηa和ηc分別為陽極和陰極的電活化過電位;I為電流;R′為電阻;n為電極反應的電子轉移數;R為氣體常數;T為熱力學溫度;F為法拉第常數;α為陰極反應的傳遞系數;ηc為其他過電位。顯然,交換電流密度愈大,則電活化過電位愈小,有利於反應的進行。 不同的金屬電極對釋氫反應的過電位有非常明顯的差異,在1Μ硫酸介質中,從鈀(i0=10安/米2)到汞(i0=10-8.3安/米2),這么大數量級的變動,就足以反映出電極材料對反應速率的影響。

7. 電凝聚法處理污水的原理是什麼跪求化學大神指點迷津！

電凝聚是以金屬為溶解性陽極(一般為鋁或 鐵)，在電解時產生的Al3+或Fe3＋離子生成電活性絮凝劑，來壓 縮膠體雙電層使其脫穩，以及吸附架橋網捕作用來實現的：Al→ Al3++3e或Fe→Fe2＋+2e Al3++3H 2 O→Al(OH) 3 +3H或4 Fe2＋ +O2+2H 2O→4 Fe3＋+4OH一方面形成的電活性絮凝劑M(OH)n，被稱為可溶性多核羥基配合物，作為混凝劑能快速有效地凝聚污 水中的膠體懸浮物(細微油珠和機械雜質)並「架橋」聯接，凝成 「大塊」而加速分離。另一方面膠體在Al鹽或Fe鹽等電解質作用下壓縮雙電層，因庫侖效應或凝結劑的吸附作用，導致膠體凝聚而實現分離，發生電絮凝劑。雖然電活性絮凝劑的電化學 活性(壽命)僅幾分鍾，但對雙電層電位差影響極大，即對膠體粒子或懸浮微粒的凝聚作用極強。因而，其吸附能力與活度，比加入鋁鹽試劑的化學方法高得多，且用量少，成本低，不受環境、水溫及生物雜質的影響，亦不會發生鋁鹽與水的氫氧化的副反 應，因而所處理污水的酸鹼度范圍就較寬。另外，電極表面釋放 出的細小氣泡加速了膠體的碰撞和分離過程。陽極表面的直接電 氧化作用和Cl－轉化成活性氯的間接電氧化作用對水中溶解性有機物和還原性無機物有很強的氧化能力，陰極釋放出的新生態氫 和陽極釋放出的新生態氧具有較強的氧化還原能力。通常，電化 學反應器內進行的化學過程是及其復雜的。在反應器中同時發生了電凝聚、電氣浮和電氧化過程，水中的溶解性膠體和懸浮態污 染物在混凝、氣浮和氧化作用下均可以得到有效轉化和去除。

8. 電化學處理原理

電化學高級氧化法主要用於有毒生物降解有機廢水的處理，電化學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反應而得到轉化，從而達到削減和去除污染物的目的。電化學方法既可以單獨使用，又可以與其他處理方法結合使用，如作為前處理方法，可以提高廢水的生物降解性，一般電化學處理工藝只能針對特定的廢水，吹規模小，且處理效率不高，其耗電量大，不利於運營成本控制。根據不同的氧化作用機理可分為直接電解和間接電解。

9. 內電解法處理廢水原理

很多重金屬污染都是離子污染，形成金屬元素沉澱後就可以減少污染了，內電解法就是通過電解使金屬離子變成金屬原子，沉積到電極上，來達到減輕污染的效果。