Evaluation of the technoeconomic feasibility of electrochemical hydrogen peroxide production for decentralized water treatment

• Gas diffusion electrode (GDE) is a suitable setup for practical water treatment. • Electrochemical H₂O₂ production is an economically competitive technology. • High current efficiency of H₂O₂ production was obtained with GDE at 5–400 mA/cm². • GDE maintained high stability for H₂O₂ production for ~1000 h. • Electro-generation of H₂O₂ enhances ibuprofen removal in an E-peroxone process. This study evaluated the feasibility of electrochemical hydrogen peroxide (H₂O₂) production with gas diffusion electrode (GDE) for decentralized water treatment. Carbon black-polytetrafluoroethylene GDEs were prepared and tested in a continuous flow electrochemical cell for H₂O₂ production from oxygen reduction. Results showed that because of the effective oxygen transfer in GDEs, the electrode maintained high apparent current efficiencies (ACEs,>80%) for H₂O₂ production over a wide current density range of 5–400 mA/cm², and H₂O₂ production rates as high as ~202 mg/h/cm² could be obtained. Long-term stability test showed that the GDE maintained high ACEs (>85%) and low energy consumption (<10 kWh/kg H₂O₂) for H₂O₂ production for 42 d (~1000 h). However, the ACEs then decreased to ~70% in the following 4 days because water flooding of GDE pores considerably impeded oxygen transport at the late stage of the trial. Based on an electrode lifetime of 46 days, the overall cost for H₂O₂ production was estimated to be ~0.88 $/kg H₂O₂, including an electricity cost of 0.61 $/kg and an electrode capital cost of 0.27 $/kg. With a 9 cm² GDE and 40 mA/cm² current density, ~2–4 mg/L of H₂O₂ could be produced on site for the electro-peroxone treatment of a 1.2 m³/d groundwater flow, which considerably enhanced ibuprofen abatement compared with ozonation alone (~43%–59% vs. 7%). These findings suggest that electrochemical H₂O₂ production with GDEs holds great promise for the development of compact treatment technologies for decentralized water treatment at a household and community level.     

阴阳极成对耦合紫外光辅助电催化降解毒死蜱

以空气扩散阴极、纯铂阳极和紫外灯构建了阴阳极成对耦合紫外光辅助电催化的体系,并系统地研究了电流密度、阳极SO42-浓度以及毒死蜱初始浓度对毒死蜱降解效果的影响.结果表明,当阴极/阳极的电流密度为45/450 mA·cm^-2,阳极SO42-浓度为1.0 mol·L^-1,毒死蜱初始浓度为25 mg·L^-1时,反应60 min后毒死蜱降解率可达99%.对阴极产物的红外分析结果表明,毒死蜱降解后结构中的吡啶环和PS被破坏,产生亚硝氮和正磷酸盐,毒性得到减弱.通过对比阴阳极成对耦合紫外光复合体系与阴极耦合紫外光复合体系、阳极耦合紫外光复合体系的电流效率,发现阴阳极成对耦合紫外光复合体系的电流效率是阴极耦合紫外光复合体系的2倍,是阳极耦合紫外光复合体系的4倍.     

等离子改性CNT/TiO2电极吸附去除水中苯酚的研究

利用电感耦合空气等离子体对涂覆法制备的CNT/TiO2复合电极进行射频放电改性处理.复合电极的表面形貌、润湿性及元素成分分别通过扫描电镜(SEM)、接触角测试仪、x射线光电子能谱(XPS)进行了表征.结果表明,改性后有利于苯酚吸附,电极比表面孔隙、亲水性、TiO2及含氧官能团均得以增加;循环伏安测试(CV)表明改性后电极比电容提高54%;改性后复合电极对苯酚的吸附量较改性前提高了45%.且等离子改性CNT/TiO2电极对苯酚的去除量随电压、苯酚初始浓度的增加而增加,吸附过程符合准二级动力学方程,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型.     

电增强零价铁强化厌氧氨氧化处理高氮养猪废水

为解决ZVI(零价铁)电极表面的钝化问题,实现anammox(厌氧氨氧化)工艺稳定、高效地运行,采用EEZVI-UASB(电增强零价铁-升流式厌氧污泥床)技术处理养猪废水,研究了EEZVI电极电压、ρ(COD_Cr)及脱氮贡献率的相关性. 结果表明,在温度为(35±1)℃、pH为6.80～7.10、电极电压为0.60 V的条件下,EEZVI-UASB对NH₄+-N和NO₂--N的去除率均维持在较高的水平;NH₄+-N去除率＞90.00%,NO₂--N去除率＞96.00%,TN平均去除率>90.00%. 当EEZVI电极电压为0.60 V时,AAOB(厌氧氨氧化菌)的活性为91.10 mg/(g·d)(以NH₄+-N计);EEZVI-UASB中的优势功能菌主要为Pseudomonas属,其菌属16S rDNA的PCR扩增相似性达97%;系统中同时存在着反硝化、anammox、甲烷化等反应;其中anammox占主导作用,其对TN去除率的贡献率为54.10%~93.30%,反硝化及其他反应对TN去除率的贡献率为6.70%~45.90%.      

钛基修饰电极催化电解去除水中硝酸盐氮的研究

利用热分解法制备CuO修饰Ti基阴极和SnO2-Sb2O5修饰Ti基阳极,组成无隔膜电解体系,以模拟废水(NO3--N 50mg/L)为对象,进行了水中NO3--N去除实验研究.结果数据表明,CuO修饰Ti基阴极对水中NO3--N的去除率随电流密度、极板间距、搅拌强度和电解时间增加而增加,在电流密度10mA/cm2、极板间距9mm、中等搅拌强度下电解150min,NO3--N催化还原去除率可达93.8%.Cl-支持电解可使NO3--N催化还原产物NH4+-N氧化为N2-N去除.在电流密度10mA/cm2、极板间距9mm、NaCl添加量600mg/L、中等搅拌强度下电解120min后,NO3--N和TN的去除率达到89.3%和86.9%,NO2--N和NH4+-N未检出.分析认为NO3--N还原机制为NOx中O被阴极表面Cu吸附固定,N—O键受氢攻击破坏,逐步还原.阳极电解Cl-生成HOCl,HOCl氧化NH4+-N成N2-N.     

三维电极电催化氧化法处理废水的研究进展

综述了近几年国内外在三维电极电化学反应器方面的最新研究进展,分析了电源的输出形式、阴阳极板的布置方式、粒子电极的填充方式等因素对废水处理效果的影响,探讨了碳纳米材料等新材料在粒子电极载体上的应用,最后介绍了三维电极法与其他技术联用的最新研究,并指出了三维电极法存在的问题及今后的研究方向。     

移动电极电除尘器除尘效率的计算

移动电极静电除尘器通过清灰刷除掉阳极板上收集的粉尘,阳极系统为移动电极（即作回转运动的集尘极）阳极板呈带条状,固定在链条上,随链轮转动。移动电极静电除尘器有效克服了困扰常规电除尘器对高比电阻粉尘的反电晕及振打二次扬尘等问题,大幅度提高了除尘效率。提供常规固定电极除尘区与移动电极除尘区联合使用的除尘器除尘效率计算公式。     

三维电极电化学反应器组合Fenton试剂深度处理焦化废水

采用三维电极电化学反应器组合Fenton试剂法对经过二级生化处理后的焦化废水进行深度处理。在三维电极参数一定的条件下,考察了影nfi]TOC去除率的影响因素,探讨了该反应体系的降解动力学及降解机理。正交试验结果表明,反应体系中各参数的最佳值分别为p（H202投加量）=300mg·L-1,pH3．4,反应时间为90min,c（FeS04-7H20投加量）为3．5mmol·L-1,TOC去除率可达到61．7％。焦化废水的降解反应表现为一级动力学。紫外吸收光谱分析结果,废水中有机物彻底发生了降解矿化,这为三维电极组合Fenton试剂工艺在焦化废水深度处理中的工程应用提供了一定的理论指导。     

阴极材料对三相三维电极反应器电解处理酸性橙7的影响研究

采用具有不同阴极材料的三相三维电极反应器,对300 mg/L酸性橙7(AO7)模拟废水进行处理研究,重点考察阴极材料对脱色率和反应体系矿化能力的影响,同时利用HPLC、UV-Vis、GC-MS等分析方法对·OH、H2O2以及降解产物进行测定,探讨了3种电极对AO7的降解行为.结果表明,在电压20 V条件下电解60 min后,活性炭纤维(ACF)、石墨和不锈钢等3种阴极体系对于AO7的脱色率均高于96%,三者之间没有明显差别.但是ACF体系对TOC的去除率可达到57.4%,高于其它两者.3种阴极体系中均有高活性的·OH和H2O2生成,但是ACF阴极体系中产生的浓度较高,从而决定了其具有较高的矿化能力.几种不同电极体系电解AO7过程中都遵循了相同的产生酮类和萘酚类物质的过程.     

多维电极体系处理模拟染料废水的实验研究

以自制多维电极体系对模拟染料废水CODcr及色度去除进行研究,同时考察反应器电压、电解时间、主电极极间距、电流密度等因素对去除效果的影响。试验结果表明,在最佳反应条件下,印染废水经电解后,脱色率达90％以上,CODcr去除率达81％以上,为难降解染料废水的处理提供了一种新方法。