电催化氧化法降解水中有机物的研究进展

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1、电催化氧化法降解水中有机物的研究进展[作者:陈繁忠傅家谟盛国英闵育顺  点击数：916]到论坛进行讨论 ［来源:《中国给水排水》1999年第3期   游客选项:  发表评论   收藏此页　　通过阳极反应直接降解有机物，或通过阳极反应产生羟基自由基(·OH)、臭氧一类的氧化剂降解有机物，这种降解途径使有机物分解更加彻底，不易产生毒害中间产物，更符合环境保护的要求。这种方法通常被称为有机物的电催化氧化过程[1]。长期以来，受电极材料的限制，电催化氧化降解有机物过程的电流效率很低、电耗很高，难以实用化。80年代后，国内外许多研究者从研制高电催化活性电极材料入

2、手，对有机物电催化氧化机理和影响降解效率的各种因素进行了研究，取得了较大突破，并开始应用于特种难生物降解有机废水的处理过程。1催化电极及机理研究　　电催化氧化过程通过阳极反应降解有机物，面临的主要竞争副反应就是阳极氧气的析出。因而催化电极的一个必要条件是要有较高的析氧超电压。　　1991年S.Stucki[2、3]等人研制开发了涂覆二氧化锡-五氧化二锑的钛基电极(SnO2-Sb2O5/Ti)，并考察其电化学性能。结果表明，该电极比Pt/Ti电极、二氧化铅电极有更高的析氧超电压。在1mol/LH2SO4电解质中，当电流密度为0.1mA/cm2时，SnO2

3、-Sb2O5/Ti、Pt/Ti、二氧化铅电极的析氧电位分别为1.95、1.50、1.65V；当电流密度为10mA/cm2时，三者的析氧电位分别为2.39、1.75、1.90V。　　研究者采用SnO2-Sb2O5/Ti作阳极，进行了各种有机物的电催化氧化降解实验(见表1)[4]。结果表明，SnO2-Sb2O5/Ti电极作阳极氧化降解有机物，其电流效率比Pt/Ti电极高得多。　　SnO2-Sb2O5/Ti电极不仅对有机物降解具有较高的效率，同时也具备良好的导电性能和十分稳定的化学、电化学性能[4、5]。SnO2-Sb2O5/Ti电极的开发，给有机物电催化氧

4、化降解过程工业化带来了希望。表1 各种有机物在SnO2-Sb2O5/Ti和Pt/Ti阳极上电催化氧化电流效率有机物名称Pt/TiSnO2-Sb2O5/Ti乙醇0.020.49丙酮0.020.21酒石酸0.270.34丙二酸0.010.21顺丁烯二酸0.000.15苯甲酸0.100.79萘磺酸0.040.51苯酚0.150.60苯胺 0.43苯磺酸 0.28硝基苯 0.80硝基苯磺酸 0.464-氯酚 0.35注电流密度：30mA/cm2电流质：0.5mol/LNa2SO4　　Ch.Comninellis等人[６]对典型有机污染物苯酚在SnO2-Sb2O

5、5/Ti电极上的氧化降解产物及机理作了研究。研究表明苯酚在SnO2-Sb2O5/Ti电极上的降解中间产物主要是苯醌、氢醌、邻苯二酚、马来酸、富马酸、草酸等。相对于苯酚在Pt/Ti电极上的氧化降解过程，芳香类化合物中间产物数量较少，而脂肪酸类化合物也很容易被进一步氧化为CO2和H2O。进一步的实验结果表明，苯酚在Pt/Ti电极上的电催化氧化降解产物及其随时间的变化过程类似于常温下的Fenton试剂氧化法，TOC去除率约为60%；而苯酚在SnO2-Sb2O5/Ti电极上的氧化降解产物及其随时间的变化过程类似于高温高压下的Fenton试剂氧化法(140℃，5

6、×105Pa)，TOC去除率超过90%。由此，Ch.Comminellis提出了如下有机物电催化氧化机理模式(以苯酚为例)：　　　　有机物的电催化氧化降解机理较为复杂，电解过程中还有可能形成臭氧，也有研究者认为有部分有机物在阳极上被直接氧化[3]，此外在无隔膜电解槽中，水中溶解氧被还原为H2O2，对有机物产生氧化作用。但每种效应在有机物降解中所起作用的大小还缺乏深入的研究。　　在新型催化电极开发方面，国内贾金平等[7～9]研制了活性炭纤维与铁的复合电极，并对该电极降解各种染料进行了研究。研究表明该法对色度去除率接近100%，TOC去除率达60%以上。单

7、纯用铁作阳极进行对比试验，处理效果比采用活性炭纤维与铁的复合阳极差得多。由此推断活性炭纤维对有机物氧化具有特殊的催化作用。但对其降解过程机理还缺乏研究。　　活性炭纤维、粒状活性炭均对有机物具有较高的吸附性能，如何充分利用其导电、吸附、催化性能，并与电絮凝气浮有效地结合起来应用于各类难生物降解有机废水的处理，是一个有吸引力的研究领域。2影响降解效率的因素2.1阴极还原的影响　　有机物在阳极被氧化，其降解产物是否会在阴极被还原，这一问题对电解槽设计有很大影响。S.Stucki等人[3]针对苯酚、苯甲酸等多种有机物，采用不同的阳极材料，分别在有隔膜和无隔膜电

8、解槽中进行电催化降解实验。结果表明在SnO2-Sb2O5/Ti电极上，有隔膜和无隔膜电解电流效