电化学技术在环保领域的应用

[摘要]详细介绍了电化学技术的各种类型,并综述了电化学技术在环保领域的研究、应用及发展 状况。

[关键词]电化学;废水处理;废气处理;环境保护

[引言]电化学技术通过方便地控制电极电势就可以实现物质的氧化或还原。该技术可以用于工业产品的生产,是一种基本上对环境无污染的“绿色”生产技术,同时可应用于环境污染治理,通过氧化或还原反应除去对环境有害的物质[1] 。电化学技术在国内外都得到了重视,尤其是对难生物降解且对人类危 害极大的“三致”(致癌、致畸、致突变)有机污染物 的电化学处理技术的研究。此外,应用电化学技术进行环境污染物监测以及开发化学电源,在环境保护中都具有广泛的应用前景。

1 基本类型

主要的电化学处理技术包括:

(1)电凝聚(或电气浮)法:电凝聚法也叫电气浮法,即在外电压作用下利用可溶性阳极(铁或铝)产生大量阳离子,对胶体污染物进行凝聚,同时阴极上析出大量氢气微气泡,与絮体粘附在一起上浮,从 而实现污染物的分离[2] 。

(2)电化学氧化法:该法分为直接氧化法和间接氧化法两种,均属于阳极过程。直接氧化法是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质;间接氧化法则是通过阳极反应之外的中间反应,使污染物 氧化,最终转化为无害物质[3] 。

(3)电沉积法:该法利用电解液中不同金属组分的电势差,使自由态或结合态的溶解性金属在阴极析出。适宜的电势是电沉积发生的关键。

(4)内电解法:该法作为一种新兴的技术,是利用活性金属填料在废水中形成原电池的原理,通过填料表面电化学反应和后絮凝作用达到净化废水的目的。

(5)其它电化学工艺:电吸附、电渗析、离子交 换辅助电渗析以及电化学膜分离等技术[4] 不仅可以用作清洁生产工艺,预防环境污染,而且它们也是 有效的工业废水处理方法。电吸附法可以用来分离水中低浓度的有机物和其它物质。电渗析法可处理 含Ni2+、CrO2-4、Sn2+、PO3-3和PO3-2等污染物的工业废水。离子交换辅助电渗析法具有可多样化设计、适用范围广等优点,已成为环保开发应用热点技术。电化学膜分离技术是利用膜两侧的电势差进行物质分离,常用于气态污染物的分离。

2 应用现状及发展趋势

2.1 废水处理

电化学法处理废水是近年发展起来的颇具竞争力的废水处理工艺。长期以来由于电化学法存在能耗大、电流效率低、成本高及易发生析氧、析氢等副反应的特点,一直没有得到很好的发展。近年来,随着电极材料的开发、反应器的研制及对传统电化学工艺的改进,电化学水处理技术得到了广泛应用。

2.1.1 电凝聚(或电气浮)法

国内外有大量利用该技术治理印染废水、含油废水、化纤废水等多种行业废水的报道。电凝聚法中,通常采用的阳极材料为金属铝或铁。由于该方法消耗铝材的同时还消耗大量的能源,因而它的应用受到了一定的限制。该技术当前的发展方向是,通过改进电源技术、研究新型电极材料及结构,使电能消耗和 材料消耗进一步降低[5] 。新发展的电源技术主要是脉冲电源。此外,周期换向的脉冲电解新概念在电镀 领域已有应用,在废水治理领域尚未见报道

[6] 。

2.1.2 电化学氧化法

该法不仅适用于处理高浓度废水,对低浓度废水同样可行。近年来通过改进电极结构,可以提化工环保污染物的去除效果,并降低电能耗。废水处理中电化学氧化法研究最多的还是对有机物的氧化,主要集中在对难生物降解物质的处理,如染料、酚以及造纸等多种生产废水中的有机物。电化学氧化法处理有机污染物主要的原理是:有机物的某些官能团具有电化学活性,通过电场的强制作用,官能团结构发生变化,从而改变了有机物的化学性质,使其毒性减弱以至消失,增强了生物可降解性。若是利用电极强化分解作用,再辅以其它次生氧化反应,可使有机物完全矿化。利用电化学方法,可使有机污染物在电极上发生直接电化学反应,转化为无害物质,例如对酚类、含氮有机染料、腈化物等的处理;或发生间接电化学反应,利用电极反应产生强氧化作用的中间物质,将有机污染物氧化,最终降解。 电化学方法处理有机污染废水的过程与电极材料、电极表面结构及负荷情况、电解质溶液组成以及 浓度等因素相关[4] 。在有机物的电氧化过程中,限速步骤一般为电极表面的电子转移步骤,因此寻找具有高效催化性能的电极材料尤为重要。不同的电极材料具有不同的特殊催化特性,可以发生不同的反应及产生不同的氧化中间物质,因此电极材料的开发是电化学方法处理有机污染废水技术的关键。在电极表面涂覆一层具有催化性能的膜是一种新方法,它是该领域的未来发展方向。 采用电化学法氧化无机含氮化合物也较有效,最后以N2形式释放。此外,电化学氧化法也可用于废水的杀菌消毒。在电场作用下,细菌吸附在电极表面被强制放电,细胞结构被破坏,从而被杀灭。电极表面产生的氧化剂如ClO- 也可杀灭细菌。

2.1.3 电沉积法

采用电沉积法处理低浓度金属离子废水,是近年来一个十分活跃的研究领域。该法处理金属离子 废水的优势在于能回收金属,且无二次污染。当金属离子浓度偏低时,其处理效率取决于被去除金属离子的传质速率、电极的有效面积及副反应的发 …… 此处隐藏：2756字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……