电催化氧化处理染料工业废水的研究现状与发展前景浅析

　　摘要：指出了电催化氧化法能使水中染料高分子化合物分解，不会产生有环境危害的副产物，是一种环境友好的处理技术，前期投资少，操作容易，运行装置相对简单，在水处理领域成为研究热点。系统介绍了电催化氧化的技术研究成果，全面阐述了该技术的优势与存在的问题，就该技术的应用前景和研究方向进行了分析和展望。
　　关键词：电催化氧化;染料废水;优势;问题
　　1引言
　　随着我国经济与工业技术的快速发展，各个行业排放的污染物种类繁多，对环境和人们生活危害加大，尤其是印染行业产生的染料废水，具有色度高，酸碱性强，高生物毒性，难降解等特点，不经过处理任意排放会给水环境带来严重危害，因而对染料化合物废水的处理一直是人们关注的问题。电催化氧化法是通过电化学过程中产生较高氧化还原电位的OH、O等自由基与染料分子之间的氧化还原反应使有机物转化为CO2和H2O，达到去除污染物的目的。当前，电催化氧化工艺技术作为发展较快的新方法，在染料废水处理领域成为研究热点。
　　2电催化氧化法概述
　　电化学催化氧化法处理有机废水在1940年左右由欧美发达国家兴起，但受到当时有电资源及硬件条件的制约，没得到广泛的发展和应用，到1960年，全世界电力的开发与应用水平大幅提高，电化学氧化方法处理废水逐渐进入快速发展时期，但到目前为止，国内外科学家对电化学氧化法处理废水的技术有了初步了解和应用，但对其深入的研究不够完善，处理废水的各类也比较单一，主要集中在水中溶解性金属阳离子的还原处理，目前有机废水污染越来越严重，电化学方法逐渐开始应用于有机废水的处理。电化学氧化是在设计的水处理装置内，水分子在电压作用下与有催化活性的阳极反应从而产生具有高氧化还原电位的自由基，通过自由基与有机分子发生反应，破坏分子结构，达到去除有机物的目的，是未来有机废水处理发展的趋势，尤其是难以用生物法处理的有机废水。根据所采用的电极材料的不同可以分为以下两种不同的的过程，一种是污染物在电极表面直接发生氧化还原反应，称为直接电化学氧化，另一种是利用电极产生的自由基（较高的pE值）与污染物作用，称为间接电化学氧化。
　　2.1直接电化学氧化
　　直接电化学氧化主要是污染物与阳极表面直接作用，发生电子转移直接改变污染物分子结构，电极表面作为反应发生的区域，因为降解速率与程度不同分别称为电化学转化和电化学燃烧，电化学转化是把污染物质转化为其它一种或者几种中间产物，从而提高污染物的可生化性能，然后进行后续生物化学处理;而电化学燃烧则是将有机物在反应器中直接完全氧化为CO2和H2O。电化学燃烧比电化学转化反应更彻底，但消耗能量也相对较多。
　　2.2间接电化学氧化
　　间接电化学氧化是利用水在阳极发生电化学反应产生的具有较强氧化还原特性的活性自由基，与污染物发生氧化还原反应将其去除，活性自由基作为发生电子交换的载体，既可以是电化学反应生成的瞬时产物，也可以是特制的催化剂，间接电化学氧化的瞬时中间产物一般是产生的·OH或·O等自由基来氧化有机物，此外当电解溶液中有Cl-存在时，可以产生ClO-，进而产生更强烈的氧化作用，电化学间接氧化既有电极的氧化因素，也有自由基的氧化作用，所以反应的速率非常高，同时这些自由基氧化性强，一般对有机物的氧化降解更彻底，而且只在外加电压、极板间产生电流时才会产生自由基，电压消失，电流停止，自由基的氧化作用就会停止。
　　3电催化氧化在国内外染料废水处理中的研究与应用
　　电催化氧化技术因为反应过程中运行条件和影响因素众多，目前对其机理的研究不够深入，只能大致从表面上解释有机物被分解的原因以及各种不同条件下对有机物分解去除效果影响，但对具体在分解过程中发生的转化规律不能进行深入的解释和论证。
　　阮湘元等[1]研究了有机染料废水在经铝系及PAM混合絮凝预处理后，在钌氧化物和钛氧化物制备的催化剂电极氧化絮凝床内，极板间电压4.8V，HRT为5h，使染料废水达标排放。
　　赵国华等[2]采用电化学方法，经过氧化还原反应制备了纳米级金属铂颗粒电极。通过SEM分析表明，铂微粒在空间网络形状的氧化钛膜中分布呈均匀分散状态，而且颗粒直径很小，铂微粒能够完全展露，使得纳米铂颗粒电极反应活性位置分布广泛，氧化还原作用强。研究还发现纳米级铂颗粒电极对甲醇的电催化氧化行为，在不同的酸碱度介质中纳米级铂颗粒电极对甲醇的氧化性能均明显优于常规的金属铂片电极，可能是因为纳米级的颗粒在状态和性质上与原物质发生质的变化引起的。采用两种不同的铂电极催化氧化降解甲基橙染料时，纳米铂微粒电极的平均氧化分解性能远远高于普通金属铂电极，这进一步表明纳米级铂微粒电极具有良好的催化活性。