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电极材料在电解法处理废水中的作用:电极材料的作用

放大字体  缩小字体发布日期:2011-11-21  浏览次数:800

电极材料不同,降解反应机理不同

 

有机物在金属氧化物阳极上的氧化反应机理和产物选择性与金属氧化物的种类及价态有关。在金属氧化物MOx阳极上产生的较高价金属氧化物MOx+1,有利于有机物的选择性氧化,生成含氧化合物;在MOx阳极上生成的自由基MOx (·OH)有利于有机物氧化燃烧生成Co2。酚在Sno2阳极上氧化的反应产物有芳香化合物、脂肪酸和Co2,而在Sno2阳极上生成的Co2明显增多。这是因为Sno2阳极的电极电位大于Sno2阳极的电极电位。试验表明,在Iro2阳极表面的羟基自由基浓度几乎为零,而在Sno2阳极表面则有羟基自由基集聚,所以表面羟基自由基有助于酚的完全氧化。

 

根据不同电极材料处理有机污染物的研究结果可知,Pt、Ti/Ir02、Ti/Ru02等阳极材料倾向于电化学转化过程,即以各类脂肪酸为最终产物,且伴随较低的电流效率;而若以Ti/Sn02、Ti/Pb02等为阳极材料,则可进行电化学燃烧过程,有机物可被彻底氧化,电流效率也较高。

 

电极材料不同,降解反应效果不同

 

    有机物电化学氧化的难易程度可用电化学可氧化指数(EOI)评价,其值越大表示越易氧化。EOI同时反映了电解期间所能达到的平均电流效率。另一个评价指标是电化学耗氧量(EOD),指的是使每克有机物电化学氧化所需的电量相当于电解时所能产生的氧气克数。EOD可由式(14)计算而得。

 

EOD=mo2/morg=(It/4F)(EOI)(32/morg)  (14)其中I和t分别为电解电流和时间(此时瞬时电流效率为零),morg是有机物转化的质量,F是法拉第常数。

 

Sn02之类的金属氧化物电极的一个优点是析氧过电位高,故极适合用作阳极处理污染物。例如,采用喷雾水解法,在Ti基阳极表面的Sn02膜层中掺入Sb,得到析氧过电位很高的阳极材料,它能有效氧化分解多种有机物,其平均氧化效率(即有关的EOl值)较Pt阳极或镀Pt钛阳极高很多倍。用Pt阳极氧化苯酚时, EOI值为0.10,转化率为40%,而用Sn02阳极时,EOI值为0.25,转化率高达90%;用Sn02时,总有机碳(TOC)去除率达90%,而用Pt时仅38%。其原因是脂肪酸中间体在Sn02阳极上能迅速氧化分解,但在Pt阳极上呈现惰性。

 

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