电催化氧化废水处理原理

1. 电催化氧化为什么可以降解有机物

【电催化氧化降解有机物的原理】电催化氧化是高级氧化的一种形式。高级氧化法最显著的特点是通过某种方式，在氧化体系中产生羟基自由基（·HO）中间体，并以（·HO）为主要氧化剂与有机物发生反应，同时反应中可生成有机自由基或生成有机过氧化自由基继续进行反应，达到将有机物彻底分解或部分分解的目的。
【电催化氧化技术】是将电作为催化剂，以双氧水、氧气、臭氧等作为氧化剂而进行的氧化反应。电催化氧化是高级氧化的一种形式。通过电催化氧化体系中产生的羟基自由基（·HO）与臭氧直接氧化相比，羟基自由基的反应速率高出了105倍，不存在选择性，对几乎所有的有机物均能进行反应，故高级氧化的效果稳定，不会随水中的残留有机物的变化而变化。

2. 废水电解处理法的化学反应原理

电解槽内装有极板，一般用普通钢板制成。极板取适当间距，以保证电能消耗较少而又便于安装、运行和维修。电解槽按极板联接电源方式分单极性和双极性两种。双极性电极电解槽的特点是中间电极靠静电感应产生双极性。这种电解槽较单极性电极电解槽的电极连接简单，运行安全，耗电量显著减少。阳极与整流器阳极相联接，阴极与整流器阴极相联接。通电后，在外电场作用下，阳极失去电子发生氧化反应，阴极获得电子发生还原反应。废水流经电解槽，作 为电解液，在阳极和阴极分别发生氧化和还原反应，有害物质被去除。这种直接在电极上的氧化或还原反应称为初级反应。以含氰废水为例，它在阳极表面上的电化学氧化过程为：
CN-+2OH--2e─→CNO-+H2O
2CNO-+4OH--6e─→2CO2↑+N2↑+2H2O氰被转化为无毒而稳定的无机物。
电解处理废水也可采用间接氧化和间接还原方式，即利用电极氧化和还原产物与废水中的有害物质发生化学反应，生成不溶于水的沉淀物，以分离除去有害物质。电镀含铬废水的电解处理过程是：
铁阳极溶解：
Fe-2e─→Fe2+
6Fe2++Cr2O崼+14H+─→6Fe3++2Cr3++7H2O
CrO厈+3Fe2++8H+─→Cr3++3Fe3++4H2O
在上述电解过程中，废水中大量氢离子被消耗，氢氧根离子浓度增加，废水从酸性过渡到碱性，进而生成氢氧化铬和氢氧化铁等物质沉淀下来：
Cr3++3OH-─→Cr(OH)3↓
Fe3++3OH-─→Fe(OH)3↓
把沉淀物质同水分离，达到去除铬离子，净化废水的目的。以上反应式中除铁阳极发生阳极溶解是初级反应外，其他为次级反应。
在上述电解过程中，除初级反应和次级反应的处理废水作用外，还因电解水的作用，分别在阴极和阳极产生氢气和氧气，这两种初生态【H】和【O】能对废水中污染物起化学还原和氧化作用，并能产生细小的气泡，使絮凝物或油分附在气泡上浮升至液面以利于排除。这种方法称为电浮选。此外，由于铁或铝制金属阳极溶解的离子进一步水解，可以成为氢氧化亚铁或氢氧化铝等不溶于水的金属氢氧化物活性混凝剂。这种物质呈多孔性凝胶结构，具有表面电荷作用和较强的吸附作用，能对废水中的有机或无机污染物起抱合凝聚作用，使污染物相互凝聚而从废水中分离出来。这种方法称为电絮凝处理。
由此可见，废水电解处理包括电极表面上电化学作用、间接氧化和间接还原、电浮选和电絮凝等过程，分别以不同的作用去除废水中的污染物。

3. 电芬顿原理

目前应用于处理环境废水的方法是传统的处理方法，包括物理处理方法和化学处理方法。然而这些方法对于有毒性的、难降解污染物的处理效果是不明显的，像是丝制品、喷涂过程、印染业和食品工艺中大量使用的合成染料。而且在使用过程中，这些有毒的染料，在氧化、羟基化或是其他化学反应作用下，还会形成一些副产物，也对生态和人类的健康造成了威胁。
随着高级氧化技术（AOPs）的不断发展，其在难降解污染物的处理上发挥了重要的作用。它是利用活性极强的自由基氧化分解水中的有机污染物，像·OH 具有很高的氧化能力，降解氧化水中的污染物，使其转化为CO2 和H2O。Fenton 法就是高级氧化技术的一种，它是利用Fe2+ 和H2O2 反应，生成强氧化性的·OH，由于·OH 具有很高的氧化电位和无选择性，因此其可以降解氧化多种有机污染物。但由于其在处理过程中需要大量的试剂量，像是H2O2，其制备、运输和储藏等花费较高。而electro- Fenton 相对降低了这部分花费，它可以通过在适合的阴极附近曝气（氧气或空气），利用电化学持续的产生H2O2。
本文通过对electro- Fenton 基本原理、操作过程及影响因素的概述，旨在为从事此项研究的人员提供基础的理论知识，以便其更好的深入研究。
2、电芬顿法处理废水
2.1 基本原理
基于传统Fenton 试剂的作用机理，electro- Fenton 也是由H2O2和Fe2+ 反应产生强氧化性的·OH。其中H2O2 的电化学产生是通过在阴极充氧或曝气的条件下，发生氧气的还原生成的，而Fe2+ 也可以通过阴极的还原反应得到。
在酸性条件下，通过充氧或曝气的方法，氧气在阴极会发生2e还原反应，如式（1）所示，产生H2O2。在此过程中，氧气首先溶解在溶液中，然后在溶液中迁移到阴极表面，在那还原成H2O2［1］。而在碱性溶液中，氧气发生反应如式（2）所示，生成HO2-。Agladze［2］等通过检测气体扩散电极孔中碱性介质，认为氧气还原反应总是通过途径（2）产生HO2- 和OH-。Enric Brillas 等在此基础上，提出在酸性介质下，HO2- 的质子化生成了H2O2。当然H2O2 的产生和稳定性也受到其他因素的影响，包括电解池的构造、阴极性质和操作条件等。

4. 几种电化学处理废水的技术

原理微电解技术是目前处理高浓度有机污水的一种理想工艺，称内电解法。它是在不通电的情况下，利用填充在污水中的微电解材料自身产生的电位差对污水进行电解处理，以达到降解有机污染物的目的。铁炭微电解设备中的废铁屑填料的主要成分是铁和炭，当将铁屑和炭颗粒浸没在酸性污水中时，由于铁和炭之间的电极电位差，污水中会形成无数个微原电池。其中电位低的铁成为阳极，电位高的炭成为阴极，在酸性充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：阳极(Fe):Fe-2e—Fe2+，E0(Fe2+/Fe)二-0.44V;阴极（C):2H++2e—>H2,E0(H+/H2)=0.00Vo原电池反应产生的新生态氢能与污水中许多组分发生氧化还原反应，使有机物断链，有机官能团发生变化，使有机污水的可生化性有一定的提高，同时Fe(OH)2及Fe(OH)3还具有絮凝和吸附作用，从而达到去除污水中污染物的目的。经过铁炭微电解预处理后污水的酸188度大大降低，减少了中和剂的使用量。2)系统基本组成铁碳微电解系统由铁碳微电解池、配水系统、鼓风系统和加药系统等组成。

5. 电催化法处理污水原理

目前污水处理界面临着许多难题,其中对高浓度有毒有害难生化有机废水、低浓度难生化污水、膜过滤浓缩液等污水的处理至今仍是研究的难点和热点。在诸多的处理技术中，高级氧化技术作为预处理再与微生物处理组合或作为微生物出水处理而受青睐，但因高级氧化技术所产生的羟基自由基•OH方式不同，在污水处理中形成了不同的研究方法。

6. 电催化原理

电催化原理
选用合适的电极材料,以加速电极反应的作用。所选用的电极材料在通电过程中具有催化剂的作用,从而改变电极反应速率或反应方向,而其本身并不发生质的变化。电极上施加的过电位也能影响反应速率,因此衡量电催化作用的大小,必需用平衡电位Ee时的电极反应速率,常称为交换电流密度i0。电解池和原电池的电位分别为E1和E2: 式中ηa和ηc分别为阳极和阴极的电活化过电位;I为电流;R′为电阻;n为电极反应的电子转移数;R为气体常数;T为热力学温度;F为法拉第常数;α为阴极反应的传递系数;ηc为其他过电位。显然,交换电流密度愈大,则电活化过电位愈小,有利于反应的进行。 不同的金属电极对释氢反应的过电位有非常明显的差异,在1Μ硫酸介质中,从钯(i0=10安/米2)到汞(i0=10-8.3安/米2),这么大数量级的变动,就足以反映出电极材料对反应速率的影响。

7. 电凝聚法处理污水的原理是什么跪求化学大神指点迷津！

电凝聚是以金属为溶解性阳极(一般为铝或 铁)，在电解时产生的Al3+或Fe3＋离子生成电活性絮凝剂，来压 缩胶体双电层使其脱稳，以及吸附架桥网捕作用来实现的：Al→ Al3++3e或Fe→Fe2＋+2e Al3++3H 2 O→Al(OH) 3 +3H或4 Fe2＋ +O2+2H 2O→4 Fe3＋+4OH一方面形成的电活性絮凝剂M(OH)n，被称为可溶性多核羟基配合物，作为混凝剂能快速有效地凝聚污 水中的胶体悬浮物(细微油珠和机械杂质)并“架桥”联接，凝成 “大块”而加速分离。另一方面胶体在Al盐或Fe盐等电解质作用下压缩双电层，因库仑效应或凝结剂的吸附作用，导致胶体凝聚而实现分离，发生电絮凝剂。虽然电活性絮凝剂的电化学 活性(寿命)仅几分钟，但对双电层电位差影响极大，即对胶体粒子或悬浮微粒的凝聚作用极强。因而，其吸附能力与活度，比加入铝盐试剂的化学方法高得多，且用量少，成本低，不受环境、水温及生物杂质的影响，亦不会发生铝盐与水的氢氧化的副反 应，因而所处理污水的酸碱度范围就较宽。另外，电极表面释放 出的细小气泡加速了胶体的碰撞和分离过程。阳极表面的直接电 氧化作用和Cl－转化成活性氯的间接电氧化作用对水中溶解性有机物和还原性无机物有很强的氧化能力，阴极释放出的新生态氢 和阳极释放出的新生态氧具有较强的氧化还原能力。通常，电化 学反应器内进行的化学过程是及其复杂的。在反应器中同时发生了电凝聚、电气浮和电氧化过程，水中的溶解性胶体和悬浮态污 染物在混凝、气浮和氧化作用下均可以得到有效转化和去除。

8. 电化学处理原理

电化学高级氧化法主要用于有毒生物降解有机废水的处理，电化学技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学反应而得到转化，从而达到削减和去除污染物的目的。电化学方法既可以单独使用，又可以与其他处理方法结合使用，如作为前处理方法，可以提高废水的生物降解性，一般电化学处理工艺只能针对特定的废水，吹规模小，且处理效率不高，其耗电量大，不利于运营成本控制。根据不同的氧化作用机理可分为直接电解和间接电解。

9. 内电解法处理废水原理

很多重金属污染都是离子污染，形成金属元素沉淀后就可以减少污染了，内电解法就是通过电解使金属离子变成金属原子，沉积到电极上，来达到减轻污染的效果。