4.污染物的电化学去除

1、第四章环境污染物的电化学去除、1、4.1电化学去污方法和特性；(1)具有直接或间接氧化和还原、相分离、富集和稀释、生物杀伤等功能，可以处理微升至106升的气体、液体和固体污染物。(2)能效高，与高温燃烧反应相比，在低温下是可能的。不经卡诺循环限制，能源利用率高。通过电位差控制、电极和电解槽的设计，可以减少电流分布不均引起的副作用、欧姆下降等能量损失。(3)在电化学过程中，自动控制两个主要参数电流和电位信号，易于测量和自动控制。2，(4)环境适宜的电化学过程中使用的主要试剂是电子，是最干净的试剂。另外，选择度高可以防止副作用，减少污染物。(5)经济效益所需的设备简单，运营成本低。根据这些特性，设

2、计合理的电解槽结构，采用先进的电极材料，可以满足“零排放”的要求。3，控制问题、环境污染物的电化学技术有很多优点，但：(1)能耗大的缺点；(2)电极材料消耗太多。(3)工人一般不熟悉电化学装置。(4)反应物浓度不高，处理时间长，电流效率低，对策(1)改变现有反应器的结构，提高处理中流体的流速，提高流体的扩散速度，使用多阴极或扩展阴极增加电极比表面积，增加电极的有效反应面积，提高电流效率。5，工业中使用的电解槽由槽、电解质、阳极和阴极组成，大多数用隔膜区分正极和负极。根据电解质，分为水溶液电解槽、熔盐电解槽、非水溶液电解槽三类。当直流通过电解槽时，阳极和溶液界面上发生氧化反应，阴极和溶液界面上发

3、生还原反应，制造必要的成品。优化电解槽结构设计，合理选择电极和隔膜材料是提高电流效率、降低槽电压、降低能耗的关键。在有机废水处理中使用三维电极电解的三维电极-电芬顿耦合方法是高级电化学氧化的一种，电解槽的基本形式：6，电解槽，7，氯苯废水化学环境保护的三维电极处理2007年05，8，电极、反应器、平板双电极反应器示意图，9，(2)电化学技术与其他传统化学、物理方法相结合。以电沉积为例，系统中包含的物质种类复杂时常用的几种物理、化学方法：萃取(去除系统中部分溶解的有机物)、活性炭吸附、化学氧化(去除部分无机离子)、气体萃取(去除系统中的部分可溶性气体)预处理废液，可以优化金属的处理和回收率。以国

4、外离子交换法和专有相结合处理金属废液为例，应用阳离子交换树脂后，树脂中的氢离子与介质中的金属交换时，金属废液浓缩，其中金属质量浓度可以达到几mg/L到30000mg/L，树脂可以用酸液清洗再生。10，4.2电化学技术处理环境污染物的基本方法和原理，11，4.2.1电沉积利用电解质其他金属成分的电位，将处于自由状态或结合状态的可溶性金属从阴极析出。适当的电位是电沉积的关键。无论金属的状态如何，根据溶液中离子活性的大小，用嵌套方程确定电位的高低，溶液成分、温度、超电位和电极材料等也影响电沉积过程。主要用于氯代烃的脱氯及重金属回收。、12、Mz neM、1。可溶性重金属回收，a)M通常很小，比Hb少

5、得多，是金属与原基板电极不同的M，13，用非水溶液溶解的盐，I，14，(1)金属离子的存在形式，2。电沉积过程的影响因素，Zn(cn-)4e=Zn 4c-Cu(cn-)4e=Cu 44c-，15，A. M1要首次沉积，则需要j1j2，(2)其他离子的存在M1和mm1！21，(4)阳极反应，a .氧：4OH-4eO22H2O(pH！b .氯在含氯溶液中的析出c .电解质特定成分的氧化d .非惰性阳极的溶解，22，23，4.2.2电化学氧化，电化学氧化分为直接氧化和间接氧化，属于阳极过程。直接氧化是通过阳极氧化将污染物直接转化为无害物质。间接氧化通过阳极反应产生具有强烈氧化作用的中间物质，不是阳极

6、反应，而是中间反应(介质)，使处理中的污染物氧化，最终转化为无害物质。24，在反应物浓度过低的情况下，电化学表面反应可能受传质阶段限制的阳极直接氧化情况下；间接氧化没有此限制。直接或间接氧化过程中通常伴随着H2或O2析出的副作用，但通过电极材料的选择和电位控制可以抑制副作用。一般以水、大气、土壤中间部分污染物去除等难以分解的有机物为对象。25，直接电化学氧化是直接在电极表面转换或燃烧有机物质，用于直接氧化的阳极必须具有两个主要特征：高氧发生反应电位和强大的防腐蚀能力。直接电化学氧化处理染料，间接电化学氧化最常用的方法是利用电化学产生的短寿命中间产物(溶剂电子和oo，O2，OH，O2等自由基)攻

7、击污染物。所以过程是不可逆转的，有机污染物，26，直接，间接电化学过程的分类不是绝对的。事实上，完全的有机物电化学分解过程往往包括电极上的直接电化学氧化和间接电化学氧化。研究表明，Pt电极表面的苯酚分解反应由两个平行途径组成，这两个平行途径为吸附在电极表面的苯酚或其芳香中间物的直接电化学燃烧过程而变成二氧化碳。另一过程是电化学过程产生的HO对苯酚的氧化降解过程，27，电化学氧化度由电化学氧化指数(electrocahemicaloxidabilityindex，eoi)瞬时电流效率(ICE)引起的：I氧化反应电流EOI表示电化学氧化反应的平均电流效率，以及在给定条件下有机物质发生电化学氧化的程

8、度。EOI越大，电化学氧化电流的效率越高，有机物的氧化分解就越彻底。28，EOI的电化学需氧量(EOD)定义为：29，4.2.3电化学还原，用阴极还原反应去除环境污染物。和电化学氧化一样，分为阴极直接还原和间接还原。主要用于氯代烃的脱氯和重金属回收。r-cl h 2e=r-h cl-(直接方法)SO24Cr34HS4Cr32H2OCr3eCr2(间接方法)，30，4.2.4光电化学氧化。也称为电辅助光催化。通过半导体材料吸收可见光和紫外线的能量，生成“电子-孔”对，存储多余的能量，使半导体粒子克服热力学反应的障碍，作为催化剂，进行一些催化反应。31，4.2.5电吸附，电极用作吸附表面，像传统吸

9、附工艺一样回收化学物质。可用于分离水中低浓度有机物和其他物质。为了保持高吸附特性，一般使用大比表面积的吸附电极。，32，活性炭吸附往往是去除低浓度耐降解有机物的强有力手段，在现有吸附法中，活性炭素通过加热法再生。再生温度高，不仅能耗高，活性炭损失严重，占整个工程成本的70%左右。33，提高活性炭的吸附容量，同时控制电位对吸附床现场再生的吸附/解吸方法。将活性炭固位层应用于其他电位，水中电荷不同的芳香族化合物的吸附量增加5倍。再生工作是一种酒精溶液，用于接触活性炭床，改变吸附床的电位，而不是电化学解吸，水溶液，在活性炭厂用酒精溶液吸附。显然，预计该方法将用于从废水中浓缩珍贵的化学物质。34，4.

10、2.6电凝聚，电凝聚还依赖电损伤，即电场的作用，通过电解装置的电极反应产生直径很小的气泡，从而吸附系统中直径很小的颗粒物质并将其分离；或者，在电击伤过程中，使用铝或铁的可溶性阳极生成氧化铁、铁板、铝板，生成Fe2、Fe3或Al3，凝聚Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀物，分离污染物。电凝聚方面的最新技术是利用活性炭纤维(ACF)-铁复合电极处理印染废水的电凝聚技术。35，4.2.7电渗析依赖于在电场作用下有选择地通过薄膜的独特功能，从一种溶液到另一种溶液电离的污染物的分离和富集。移动速度比一般透析工艺快，效率高。用电渗析处理金属离子时，不能直接用固体金属回收，但可以得到浓缩的

11、盐溶液，大大改善水质。目前最多的研究是丹阳膜电渗析。36、电渗析海水淡化设备、电渗析海水淡化设备的原理：是。在此图中，c为羊膜，a为阴膜，c和a将海水淡化容器分成三个隔间，两侧的空气中放置两个惰性电极，容器填充海水，构成最简单的海水淡化设备。37，在直流电场作用下，Na通过羊膜，Cl通过阴膜分别离开中间室，但两侧电极室的离子不进入中间室，结果中间室的溶液浓度随着电渗析过程逐渐减少，最终通过减少所需的盐量，达到脱盐的目的；在两个房间里，浓度逐渐升高，形成浓盐水或盐水。38，电渗析装置，39，4.2.8电化学膜分离，利用膜两侧电位分离的分离工艺。常用于气体污染物的分离。40，4.3在环境污染物处理

12、中应用电化学技术，41，废水处理的紧迫性，产业的发展使环境污染日益严重，水的大量污染物严重威胁着人类自身的健康。自1994年以来，美国在饮用水中发现了100多种起“三价”作用的合成有机物，例如PCB、多环芳烃等。我国1998年对全国10900公里河流进行了评价，结果显示，我国河流长度70.6%受到污染，其中有机污染是不可忽视的因素。4.3.1废水处理电化学技术，42，医药，化学，染料工业废水等可降解有机废水特性：高CODCr(化学耗氧量)，一般为数万mg/L，国家排放最低标准为300mg/L(二次排放标准)BOD5/COD小于0.1，生化性低。43，常规废水处理方法，物理处理沉淀，气浮，过滤，

13、离心化学处理中和，混凝，氧化还原，离子交换生物处理好氧，厌氧，44，废水处理高级氧化技术，高级氧化技术，电化学方法可以将有机污染物完全分解为CO2和H2O，这种过程称为“电化学燃烧”。，45，羟基自由基(OH)具有很高的氧化潜力(2.8V)，氧化能力很强，46，废水处理的高级氧化技术，化学氧化O3，H2O2，clo 2芬顿氧化湿空气氧化超临界水光催化氧化的多种方法组合过氧化氢在催化作用下产生两个活性氢氧自由基，引发并传播自由基链反应，从而加速有机物和可还原物质的氧化。芬顿试剂通常在pH3.5中进行，在此pH中基本自由基的生成速度最大。其本质：H2O2在Fe2的催化下产生具有高反应活性的OH。4

14、8，电化学芬顿试剂(电羟基自由基)，芬顿法主要通过光辐射和催化、电化学作用生成OH。电芬顿法是H2O2和Fe2用电化学法连续生成OH的，与普通化学芬顿试剂相比，H2O2的利用率高，成本低，反应快，基本上没有二次污染的优点。49、电化学水处理工艺有两个方面，一是在电极上直接将污染物转化为电催化反应的“直接电化学工艺”，二是利用电极表面产生的强氧化活性种氧化还原转化污染物的间接电化学工艺。两个过程都伴随着H2和O2的副作用的释放过程，电流效率的高低与氧的发生、氢的发生程度密切相关，但是通过电极材料的选择和电位控制，可以减少电流的氧发生损失，提高电流效率，50，武器污染物的处理可以使用电沉积、电化学

15、氧化还原、光电化学氧化等电化学方法处理各种武器污染废液。有毒重金属离子、有毒无机盐(包括氰化物、硫氰酸盐)、硫酸盐、硫化物、氨等。51，CN-，在电镀行业获取高密度涂层仍然需要大量氰化物，因此必须从废水中去除CN-。传统的化学方法是由氯和碱的反应产生的次氯酸盐，将CN-氧化成危害性小的氰酸盐。如果氰化物深度大于1gdm-3，则容易产生有害的氰化物氯化物，因此氰化物必须稀释。利用石墨或不锈钢阳极的电化学技术的CN-阳极直接氧化，金属离子同时沉积在阴极上。CN-浓度高(1gdm-3)的情况下，电化学法比化学法更经济，不会产生有害的氯化氰。52，CN- 2OH-=CNO- H2O 2e，然后将CNO

16、- N2，NH3等物质与碱性液体反应生成。1公斤氰化物的能耗为10-40千瓦时。2CN- O2=2CNO-CNO- 2H2O=NH4 CO32-添加NaCl以进一步减少废水中的CN-，进行电解，通过ClO-进一步氧化，但此时是间接氧化过程。53，注：阳极氧化有毒药(CN)。需要控制更高的电极电位。电极电位的上限由阳极材料的稳定性和副作用的发生决定。这些副作用包括氧气释放，氯溶液中氯气体释放。副作用的发生可以降低电流效率，增加能源消耗。因此，阳极材料对氧气要有很高的过热度。阳极氧化有毒物，可以直接氧化或间接氧化。54、电渗析、离子交换辅助电渗析、电击伤和电凝聚不仅作为防止环境污染的清洁生产工艺，而且是处理废液的有效方法。稀释溶液(如Ni2 Sn2、磷酸盐和二次磷酸盐)在工业上通过电渗析处理。55，重金属离子