催化内电解(杨凯).

第章：电解及催化内电解学号：2014062077姓名：杨凯Isthereamarketforwhitelabelinsuranceproduts?4.1电解（1）：基本原理（2）：处理废水的原理（3）：影响电解效率的因素（4）：对电极板的改进及应用4.1（1）电解的基本原理电解——电解质溶液在直流电流的作用下，在阴、阳两电极上分别产生氧化反应和还原反应的过程。4.1（2）电解在废水处理中的原理电解在净化废水过程中，共有4种净化过程。过程1（电极表面处理过程）：废水中的溶解性污染物通过阳极氧化或阴极还原，生成气体、不溶物沉淀及有毒化合物转化成无毒的物质等。过程2（电解氧化还原过程）：利用电极在电解过程中生成氧化或还原产物，与废水中的污染物发生化学反应，产生气体、不溶物沉淀等。过程3（电解浮选过程）：电解在阳极处产生的氧气泡和阴极处产生的氢气泡吸附废水中的絮凝物并上浮，使污染物得以去除。过程3（电解凝聚过程）：电解凝聚是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极溶蚀，产生Fe2+和Al3+等离子，再经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质及悬浮杂质发生絮凝沉淀而分离。4.1（3）影响电解效率的因素电极材料——电解效率槽电压——电能消耗电流密度——随废水浓度而异pH值——适合值搅拌作用——促进离子对流与扩散，并起清洁电极表面的作用4.1（4）对电极板的改进目前电解法的发展已经相对完善，电极在该技术中起着关键作用，废水的处理效率主要取决于电极选择的合理程度，以后发展的主要方向是在电极材料方面的开发和更新。对两种新型电极的简单介绍（1）掺硼金刚石薄膜(BDD)电极特点：在强酸介质中其惰性表面仍具备低的吸附特性和强的抗腐蚀性；在水和非水溶液中电解时，都有较宽的电化学势窗，与其他电极材料相比，具有更好的化学、物理性能，表现出潜在的应用优势。BDD薄膜电极在污水处理方面的应用：①难降解焦化水的处理②难降解酚类物质的处理③农药污水的处理④大分子聚合物的处理⑤NO3-的处理（2）活性炭纤维(ACF)电极特点：活性炭纤维(ACF)是一种吸附能力很强的新型材料，具有比表面积大、吸附性能强、耐酸碱腐蚀、导电性能良好、电化学特性稳定等特点，适于用作电解反应器的电极。（ACF)电极在污水处理方面的应用：（1）对水中难降解有机物的去除（2）对含磷、氮废水的去除4.2催化内电解通(1)内电解及催化内电解原理(2)催化内电解处理废水原理(3)影响催化内电解效果的因素(4)催化内电解具体工艺的应用催化内电解通4.2（1）内电解及催化内电解原理内电解：两种具有不同电极电位的金属或（金属和非金属）相互接触或极为接近时，当浸没在导电介质中时，便形成原电池。通原电池原理图酸性溶液中；当铁和铜没有外在导体连接时。通通酸性溶液中；当铁和铜有外在导体连接时。原电池原理图通以铁—碳内电解为例，其基本电极反应如下：由于，铁和碳之间存在1.5V的电位差，且污水构成了电解质溶液，所以该系统可构成原电池。阳极（Fe）：Fe-2e→Fe2+酸性条件下：阴极（C）：2H++2e→H2当有氧存在时（碱性条件下），阴极反应如下：O2+4H++4e→2H2OO2+2H2O+4e→4OH-通通举催化内电解：在内电解的基础上，（1）将Fe—C系统改为Fe—Cu系统；（2）向微电解系统中加入催化剂。一催化内电解发展的三个阶段1铁—碳2铁—铜3铁—铁镀铜构成无数微小原电池，对废水进行处理。增大电位差，使得难生化，含苯环、双键物质降解。相对于2的优点；（1）铁、铜接触面积大；（2）经济，节约通4.2（2）催化内电解处理废水的原理催化内电解法处理废水主要有两种目的：（1）利用内电解法直接降解废水中的物质，使废水达标排放；（2）是对那些生物难降解的物质，利用催化内电解法进行预处理，提高废水的可生化性，为后续处理做准备。反催化内电解反应机理（1）还原作用单质铁的还原性：金属活动顺序表中排在元素铁后面的金属离子可能被铁置换出来并沉积在铁表面；Fe2+的还原性：阳极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力，一些氧化性较强的离子或者化合物能被Fe2+还原成毒性相对较小的还原态，例如，Cr6+在酸性条件下能被Fe2+还原Cr3+。三（2）电化学附集作用当铁与碳或其他杂质之间形成一个个小的原电池时，将在其周围产生许多微电场，废水中稳定的胶体粒子、极性分子和细小分散的污染物受微电场的作用后便会发生电泳，向相反电荷的电极移动，并且聚积在电极上，形成大颗粒而被附集，使废水COD值降低。（3）铁的混凝作用铁内电解法在处理废水过程中会产生大量的Fe2+和Fe3+，由Fe3+水解生的氢氧化铁胶体表面带正电荷，是很好的混凝剂，能与废水中带相反电荷的一些物质或者电解质发生沉聚作用。在中性或者碱性条件下，生成氢氧化铁及氢氧化亚铁能有效的吸附废水中的大分子物质。（4）物理吸附铁屑、铜屑具有丰富的比表面积，显出较高的表面活性，能吸附多种金属离子，能促进金属的去除。（5）提供浮选动力产生的微气泡吸附悬浮性物质，并将污染物带到水体表面，加以去除。4.2（3）影响催化内电解效果的因素（1）铁碳投加量：铁碳加入的量越多废水处理效果会越好，但投加量增大会增加后续处理工序的难度，铁碳适宜的投加量为处理废水总量的4%～10%。（2）铁与微量元素的投加比：催化内电解法中微量元素的投加起着催化剂的作用。现在市场上烧结一体化的催化内电解材料中都含有微量元素。由于试验的保密性，具体比例不会说明。触（3）铁碳比：含碳量增多会增加原电池的数目，有助于废水的处理，但含碳量过多，反而抑制了原电池的电极反应，更多的表现为碳的吸附作用。（4）pH值：催化内电解使用的pH范围广（pH约为3.0～11.0），不再仅仅局限于酸性废水。类（5）填料板结：废铁屑的活性太强，所以，如果废铁屑之间没有东西把他们间隔开来就会相互粘接在一起，形成一个铁疙瘩，就会形成板结。改进方法：（1）改用现在市场上流行的铁—碳一体化填料；旁铁—碳一体化填料原理：经过高温冶炼，铁和碳融合为一体，这种铁碳一体式结构呈现出蜂窝状构架，将铁和碳固定分开，这种构架可以有效地防止板结。通（2）改变系统的结构改用单元化滤料用防腐材料做许多个一定尺寸的立体框架，将反应材料和催化剂混合均匀放入框架里，反应一段时间后，取出清理，然后在进行反应。改用填料塔定期对填料进行反冲洗可以防止板结；其他（个人想法）4.2(4)催化内电解具体工艺的应用催化内电解工艺作为物化预处理方法，无论在试验研究还是在生产实践的应用方面，都取得了令人满意的效果。且被广泛地用于处理含氰、含铬的电镀废水、印染废水、染料废水、制药废水、生活垃圾废水等等的研究中。具体的如表1所示：表1微电解的应用的行业催化内电解与其他工艺的联用(1)微波耦合超声催化内电解法处理废水工艺(2)Fe/Cu催化内电解-Fenton法联合处理废水（介绍）(3)催化铁内电解-悬浮填料CASS工艺处理化工废水(4)催化铁内电解-生物膜法处理化工废水(5)光催化氧化与内电解法联合处理有机染料废水(6)内电解混凝沉淀-厌氧-好氧工艺处理医药废水工程实例（Fe/Cu催化内电解-Fenton法联合）（1）工程简介：江苏某医药化工厂主导产品为DL一萘普生，该产品主要原辅材料有：萘酚、甲醇、氧化锌、甲苯、新戊二醇、盐酸、片碱等。废水主要来自酰化、水解等过程中产生的多股工艺水与设备冲洗的废水。（2）水质、水量：废水量600m3/d；水质pH较低在2—3；有机物浓度高，可生化性差。COD、BOD5平均值为10000mg／L和1000mg／L，且含有毒性物质，对微生物有一定的抑制作用。（3）废水处理工艺及流程：工艺采用微电解-芬顿氧化进行前期预处理改变原废水的难生化性及废水中污染物的分子结构，降低盐含量和生物毒性，以利于废水的生物处理。并在生化阶段采用“UASB一接触氧化”相结合的工艺实现废水的达标排放，最终形成了微电解一芬顿氧化一UASB一接触氧化组合工艺，其工艺流程见图1。图1废水处理流程图处理效果处理经费该工艺处理废水的总投资为680万元，一次性投资较高，该系统结构紧凑，操作简单，处理废水为5.5元/吨。