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1、电化学氧化技术处理难降解有机物,电化学氧化技术概述,优点,简单经济,无二次污染,一种较为成熟的水处理技术，已往多用于处理含氰、含铬的电镀废水，现已广泛应用于处理印染废水、制药废水、制革废水、造纸黑液,可结合其他技术,电化学氧化技术降解污染物机理,在电化学氧化反应中通过电能使氧从水中被转移到有机污染物上。即电化氧转移反应。E.g.苯酚的电化矿化 C6H5OH+11H2O 6 CO2+28 H+28 e-在这个反应中,在电解池阳极上将苯酚完全氧化为CO2的氧原子来源于水。该反应中自由质子在阴极放电生成氢气。28 H+28 e-14 H2,电化学氧化技术降解污染物机理,首先水在阳极的活性位点M被电解
2、，生成羟基自由吸附于电极表面 H2O+M M(OH)ads+H+e-通过电解生成的羟基自由基可以使水中的有机污染物R矿化 R(aq)+xM(OH)adsxM+Mineralization products+yH+ye-（1）羟基自由基还可以在阳极进一步电解生成分子氧 M(OH)ads M+1/2O2+H+e-（2）,电化学氧化技术降解污染物机理,反应（1）与反应（2）同时发生且互为竞争。电解产生的羟基自由基的活性与它们同电极表面活性位点M的相互作用密切相关。这种相互作用越弱，朝生成氧方向的电化学活性越低，矿化有机污染物的电化学活性越高。,碳材料电极,贵金属电极,金属氧化物电极,常见电极,BDD
3、电极,电极种类,阳极材料对产生羟基自由基的影响,具有高氧化能力的阳极材料的特点是OH和电极的作用较弱，在电极材料上氧的析出过电位高、有机物氧化活性高。BDD阳极与OH的相互作用很弱，OH处于类似自由的状态，具有很高的反应活性，可以矿化有机化合物。BDD阳极的析氧过电位高于现有的常规电极，故能在提高主反应的基础上最大限度地抑止副反应的发生。,天然金刚石是于地壳中高温高压的条件下形成的。在20世纪80年代，科学家在低温低压的条件下（压力70Torr，温度9000C）,在非金刚石基底上制备出人工金刚石薄膜。金刚石本身是良好的绝缘体，掺杂硼元素，可制备出掺硼金刚石薄膜电极。,BDD电极的制备,Depa
4、rtment of Energy&Environmental Science,Utsunomiya University,Conditions:The chamber temperature:5400CThe chamber pressure:70TorrThe forward power:1400WThe flux of H2:300sccmB/C=104ppmTime of growth:3h,Microwave-Assisted Plasma CVD equipment(MPCVD)-ASTex Ax2115 equipment,BDD电极概述,BDD电极可以通过微波等离子化学气相沉积法
5、、热灯丝化学气相沉积法和直流电弧法等方法制备。以Si、Ti、Na和Mo等材料作基底，并通过掺入不同浓度的硼来改善金刚石薄膜的导电性能。在纳米金刚石的生长中C2是重要的参与者和决定成分，C2浓度越高，获得的金刚石薄膜质量越好。电位窗口的大小与沉积的金刚石薄膜的质量以及杂化形态有关。如果非金刚石杂化，即SP2杂化而形成的C杂质越多，电极的电位窗口越小。,BDD电极的独特优势,在水溶液和非水溶液中均具有很宽的电势窗：析氢电位可达1.25 V或更负，析氧电位可达2.3 V或更正（参比电极为SHE）,质量轻、强度高、耐磨损、抗腐蚀、导热性好的优越性质。如将其长时间至于氢氟酸溶液中，仍具有很好的稳定性能,
6、具有较低的背景电流值和很好的化学惰性，表面不易钝化，抗污染能力和抗中毒能力强，在高强度环境中显示了较长的使用寿命,物理&化学,电化学,反应中,BDD电极研究进展,网状金刚石电极的制备,发生在金刚石平板电极上的电催化氧化方法,zero-gap电极构型的网状金刚石电极上的电催化氧化,国内外研究概况,试验方案,研究内容,测定电极产物及有机物的降解产物,BDD电极性能表征,分析降解过程中TOC的改变原因,研究TOC与电压，反应时间的关系,BDD电极预处理,有机物种类、初始浓度等对降解效率的影响,目标物质选择,目标处理物质,六氯苯,危害1.剧毒物质2.致癌物质3.致畸物质,主要来源1.工农业生产途径(1
7、)用作拌种杀菌剂(2)化工原料(3)工业生产的中间体或添加剂2.氯气消毒饮用水产生水中的天然有机物卤代烃(HCB),实验装置图,1.BDD阳极 2.Pt阴极,说明1.反应器为250ml烧杯；2.阳极:掺硼金刚石电极和PtIr电极；3.阴极：Pt电极；4.电极间距：2cm。5.电源：直流稳压电源,Company Logo,对比一：不同阳极在同种硫酸溶液中扫描,金刚石电极,铂铱电极,Company Logo,对比二：金刚石电极在不同电解液中扫描,在硫酸钠溶液中,在氯化钠溶液中,Company Logo,对比三：金刚石电极在有否含六氯苯的溶液中扫描,溶液中不含六氯苯,溶液中含六氯苯,Company
8、Logo,第三步：电解氧化有机废水,试验装置,1）电源：稳压直流电源，10V/7V；2）阳极：金刚石电极3）阴极：PT电极4）溶液成分：0.5mol/L的硫酸钠溶液198ml+0.1g/L的六氯苯溶液2ml5）反应时间：2小时6）每隔20分钟取一次样，整个试验过程都使用磁力搅拌器。转速为1000r/min.,1.阳极 2.阴极,Company Logo,TOC分析曲线,GC分析结果,Company Logo,注：纵轴浓度（ppm）;横轴时间（min）,降解率,1.在30V电压下，反应2小时的结果,GC分析结果,Company Logo,注：纵轴浓度（ppm）;横轴时间（min）,降解率,2.在15V电压下，反应2小时的结果,GC分析结果,Company Logo,注：纵轴浓度（ppm）;横轴时间（min）,此时，六氯苯的降解率为0！,3.在7V电压下，反应2小时的结果,结论,1.金刚石电极具有优异的电化学性能，具体体现在：金刚石电极在电解液中表现出很宽的电势窗口，较低的背景电流值，能承受更高的电解电压以及很好的化学惰性，表面不易钝化，处理有机物范围宽广。2.在较低的电压条件下，以金刚石电极为阳极的电化学方法无法氧化降解六氯苯，只有在较高的电压条件下，才能降解，且效果明显，降解率高。,Company Logo,谢谢大家！,Thank You!,
