化工污染废水治理中采用电催化氧化技术的研究进展

摘要：电催化氧化技术具有易操作、成本较低、废水处理效率较高的优势，因此，被广泛地应用在化工水体污染治理工作中。就此，本文简析了电催化氧化技术，探析了电催化氧化技术和应用现状，重点论述了电催化氧化技术在化工污染水体治理中的应用，以期为化工水体污染治理工作提供一些参考。

关键词：电催化氧化技术；化工；污染水体治理；应用

引言

化工企业对我国经济发展具有促进作用，并为人们的生产与生活提供了极大的便利。但在化工企业生产运营过程中，常会出现水体污染情况，这不仅会造成水资源浪费，还会对自然环境造成一定的破坏，不利于我国的可持续性发展。因此，需对化工水体污染进行科学、有效的治理，以减少水资源污染与浪费。电催化氧化技术是目前我国治理化工水体污染的常用方法，它具有工艺灵活、反应装置较为简单的特点，因此，受到较多化工厂的青睐。

1.电催化氧化技术概述

电催化氧化即指在特定电场作用下产生各种自由活基，将水体中的有机物在电极表面进行分解的过程。此种活性自由基具有较强的氧化性能，在化工污染水体治理中应用电催化氧化技术时，主要利用此种活性自由基来降解污染水体中的有机物，从而起到治理化工水体污染的作用。电催化氧化技术治理化工水体污染的原理为通过活性基于废水中含有的有机物产生氧化还原反应，使水中有机物氧化为CO2和H2O或者降解为小分子有机物。在电解过程中，由于电极材料不同，所产生的作用方式也不同，可主要分为以下两种：一，直接电化学氧化；二，间接电化学氧化。

1.1直接电化学氧化

直接电化学氧化主要是通过阳极与污染物的氧化还原反应来降低水体中的污染物，根据降解程度的不同，可将其划分为两种，分别是电化学燃烧与电化学转化。电化学燃烧主要是将有机物完全转化为CO2和H2O；电化学转化主要是将有毒物质转化为无毒物质或低毒物质。

1.2 间接电化学氧化

间接电化学氧化通过借助电化学反应而产生的活性基团来与污染物作用，从而将其转化为无毒物质。活性基团不仅可作为电子交换的中间体，还可作为专用催化剂，在电化学氧化过程中，活性基团可产生·O2、·OH、HO2·等中间体来氧化水体污染物，以降低水体污染物含量。此外，在电解过程中，若是存在氯离子，则可产生次氯酸根，从而加快氧化反应。间接电化学氧化既有中间体氧化作用，又有阳极直接氧化作用，因此，氧化效率可得到有效的提升。与此同时，这些基团具有较强的活性，一般情况下，所产生的有机物氧化降解反应时不可逆的过程，只有在通电情况下才能产生这些活性基团，电流中断时这些基团便会消失。

2.电催化氧化技术研究和应用现状

2.1 电催化氧化技术研究

在20世纪20年代，电催化氧化技术并未引起人们的重视，当节能要求提出之后，人们开始重视电氧化催化技术的研究与应用，这有力地推动了电催化电极的发展。在电化学技术研究与发展过程中，人们一开始是将金属作为阳极，这种电极的导电性较好，但在产生电解反应的过程中，易出现溶出现象，从而造成阳极过度损耗，导致溶液中产生新的杂质。此后，人们便用惰性电解作为阳极，这种电极在反应过程中虽不会引入新的杂质，但此种电极的电催化活性较低，治理水体时所需的时间较长且效率较低[1]。在1963年，H·Bccer发明了DSA电极，此种电极具有较好的不溶性、催化活性及稳定性，由此，受到了电化学技术相关研究者的喜爱。近年来，国内外许多环保工作者对电催化氧化技术治理水体污染进行了深入的研究，并在此方面获得了一定的成绩。像是利用Fe电极治理纺织废水；利用阳极扩散电极、PbO2电极及Pb电极来降解水体中的四氯苯胺、苯胺；利用Ti/Pt/Ir 电极与Ti/Pt电极治理废水中的有机胺。通过实验证明，电催化氧化可有效降解或去除废水中的有机物，具有较好的应用前景。

2.2 电催化氧化技术应用现状

现阶段电催化氧化技术因具有较强的还原能力与氧化能力、适应性较好、成本较低等优点而被广泛地应用在含酚、醇、烃、染料、醛等有机污染物的处理方面上。在含酚的废水中，可使用孔碳材料作为阳极，当有机废水通过碳孔时，在电解反应的作用下，可将废水中含有的酚与其他有机物去除掉。如：在温度为26~40℃的含酚废水中，COD的值为29000mg/L，电压为3.6~4.0V，当电流为6安培时，COD的值降到670mg/L。在用石墨作为阳极进行反应之后，酚浓度从原来的15~100mg/L下降到4.7~5.5mg/L。本实验处理前后的对比，如下图1。

在含烃的废水中，常有的处理方法除混凝法、吸附法之外，还有电气浮法与电絮凝法，此两种方法的去油量可达到92%~95%，而对于含油量不超过150mg/L的废水，经这两种处方法处理之后，废水中的含油量则可下降到10mg/L，若是再进行混凝剂过滤，含油量则可下降到0.7mg/L。但对于水溶性较强的烃类化合物，治理效果并不是很理想，如：在含苯的废水中，使用隔膜电解阳极来进行废水处理，去除率只能达到12%。因此，现状常用石墨构成的固定床电解来进行废水处理。

图1：含酚类废水处理结果对比图

在含有染料的废水中，可使用具有不溶性的NaCl电极进行电解脱色。此外，还可使用复级性固定床电极与活性炭纤维来处理颜料废水，这两种电解方法的脱色率一般可达到60%~90%。

3.电催化氧化技术在化工污染水体治理中的应用

3.1 电镀废水的处理

在电镀废水中通常含有铜、锌、镍、镉等重金属离子，此种废水不仅会造成资源浪费，还会造成环境污染。对于此类型的废水可采用电渗析+离子交换+电渗析组合的工艺来进行处理，此种处理工艺不仅可提高重金属的回收利用率，还可有效降低废水中的重金属含量[2]。此外，对于含铬量较高的电镀废水，可采用电渗析法来回收水中的Cr6+离子。

例如：在某化工厂在对废水进行处理时，考虑到废水中含有较多的铬离子、铜离子、亚硝酸钠等重金属化合物且CDA值较高的情况，就此，该工厂采用电渗析+离子交换+电渗析组合的工艺，进行废水治理。具体的操作步骤如下：一，采用电渗析法，将水中易发生氧化还原反应的金属离子置换出来；二，采用离子交换法，将不易发生化学反应的金属离子转化为易发生反应的金属离子化合物；三，采用电渗析法，将金属离子转化为金属。通过此种处理工艺，可有效降低废水中金属含量，大大提高金属的回收利用率。该化工厂处理前后的水质指标，详见图2。

3.2 苯酚废水的处理

在有机物化学工厂进行工业制造时，常会用到酚类化合物。但酚具有较强的致突变、致畸、致癌等毒性，若是其污染到土壤与水资源之后，将会对人与动物的生命造成威胁，并会影响植物的生长。因此，我国对含酚工业废水排放具有严格的排放要求。对此类的废水处理，可通过改变苯酚的初始浓度、负载电压、电解质浓度、pH值等影响因素，对苯酚废水进行电化学处理。通过对有关苯酚废水的电化学处理实验表明，负载电压为5.5V、pH值为8、电解质浓度为22g/L是处理苯酚废水的最适宜条件[3]。

3.3 硝基苯废水的处理

硝基苯化合物属于剧毒物质，具有生物难降解性、致突变性、致癌性，是我国重点控制的有害物质。对此类的废水处理，可采用电催化反应进行处理，具体操作如下：在电极间，采用活性炭进行填充；之后，将废水中的硝基苯转换为生物易降解的苯胺[4]。

3.4 酸性废水的处理

在工厂进行电镀时，常会产生许多酸性废水，此种废水的pH值一般在2~5。在酸性废水流到土壤之中时，会破坏土壤结构，不利于植物的生长。对于此类的废水处理，可采用电催化进行处理，此种处理方法的废水回收率可达到90%，且此种处理方法的应用成本较低，不需消耗大量的碱。

4.结语

电催化氧化技术在化工水体污染治理中的应用，不仅可降低水资源污染，还可促进化工企业的可持续性发展，具有较好的应用价值。在使用电催化氧化技术时，还应根据化工企业的废水中主要含有的化合物、企业的实际情况，选择相应的处理方法，以确保可达到良好的水体污染治理效果。