电化学水处理技术研究进展

电化学方法可以通过电子的定向转移与精确调控,强化环境界面过程的速率和效率,其在水处理与资源化中体现出非凡的特点和优势,成为破解水危机和水污染的重要技术手段。近10年来,电化学水处理与资源化技术发展取得了长足的进步,正在向电极高效、工艺耦合、低碳绿色转变,未来将进一步聚焦功能电极材料设计、高效反应器与组合工艺开发、资源能源的定向转移与回收等重要方向。为深入研究电化学水处理与资源化技术机理,进一步探讨电化学方法在实际工程中的广泛应用,在重点关注电化学应用基础研究和前沿技术的基础上,分别对电絮凝、电氧化、电还原、电渗析/反向电渗析和电吸附技术的研究进展进行了回顾,并对电化学水处理与资源化技术发展进行了总结和展望。     

Ti/Ru/SnO2+Sb2O5电极的制备及其对垃圾渗滤液的电催化氧化

通过实验探究了不同Ru掺杂量对 Ti/Ru/SnO2+Sb2O5电极电化学性能及表面结构的影响。结果表明：Sb含量10%,溶胶涂覆6层,煅烧温度600 ℃,煅烧时间1 h条件下,Ru掺杂量为10%的涂层电极的加速寿命最长,为50 min;该条件下制备的电极涂层表面金属氧化物 SnO2的特征峰强度较大,峰形窄;涂层表面光滑,无裂缝。同时用Ti/Ru/SnO2+Sb2O5电极处理垃圾渗滤液MBR出水,Ru掺杂为10%的电极对废水COD去除率最高,为93.33%,电解出水芳香化程度大幅降低,对腐殖质和芳香族化合物的去除效果良好。研究对Ti/Ru/SnO2+Sb2O5电极在实际工业生产中的应用具有指导意义。     

AC/PTFE微生物燃料电池阴极去除罗丹明B及同步产电性能

采用辊压成型法制备了活性炭（AC）/聚四氟乙烯（PTFE）质量比分别为6、5和3的AC/PTFE 电极,并利用SEM对电极表面进行表征。结果表明,随着质量比的降低电极表面活性炭颗粒间的连接更为紧密。以制得的AC/PTFE电极,碳毡分别为微生物燃料电池（MFC）的阴极、阳极,利用AC/PTFE阴极在曝气条件下产生的过氧化氢在阴极处理模拟的罗丹明B废水。研究了不同质量比AC/PTFE阴极对罗丹明B的去除效果及同步产电情况,结果表明以AC/PTFE质量比为6的AC/PTFE阴极在96 h内对罗丹明B的去除率达到96%,MFC获得的最大功率密度为105 mW·m-2;同时研究了在阴极液加入0.2 g·L-1 Fe2+的条件下,阴极液为不同pH值时,阴极对罗丹明B的去除效果及MFC产电情况。结果表明在阴极液pH= 3的情况下,罗丹明B的去除率在36 h内达到了98.9%,MFC的最大功率密度达到210 mW·m-2,罗丹明B的去除速率及MFC能量的输出得到了明显提高。     

电极改性对电极生物膜反硝化反应器硝酸盐氮去除性能的影响

探究在碳纤维毡电极上利用恒电压电化学聚合聚吡咯(PPy)的聚合效果,并利用傅里叶变换红外线(FTIR)及扫描电镜(SEM)对其进行表征;将聚吡咯覆膜改性后的碳纤维毡电极应用到自养反硝化的电极生物膜反应器(BER)中,考察电极改性对自养反硝化电极生物膜反应器的硝酸盐氮去除性能影响,并研究电极改性对生物膜附着量及生物膜微生物群落的影响。结果表明,恒电压电化学聚合能够在碳纤维电极表面形成均匀稳定的聚吡咯膜,从而实现聚吡咯在炭纤维毡电极上的覆膜改性。改性后的电极应用到自养反硝化电极生物膜反应器中,可使反应器对NO3--N的去除效率由对照反应器的67.3%增加到83.9%,处理效果提高了24.7%。对反应器内电极生物膜进行生物量测定和扫描电镜分析,可以看到R2反应器中改性电极生物膜附着量明显多于R1反应器中未改性电极生物膜的附着量,说明电极改性有利于生物膜的附着。电极生物膜微生物16S rDNA分析中R1反应器电极生物膜菌落组成中优势菌属为Dechloromonas sp.,而R2反应器电极生物膜的优势菌为Hydrogenophaga sp.(噬氢菌属)和Thauera sp.(陶厄氏菌属),两者有明显差别,并且R2反应器比R1反应器生物膜的菌落组成更多样化,这说明电极材料的改性对电极生物膜微生物群落的组成产生了影响。     

石墨气体扩散电极的制备与性能优化

电极的制备工艺及参数直接影响电极材料的活性。主要考察了C/PTFE质量比、碾压压力、煅烧温度、造孔剂NH4HCO3及稀土掺杂等因素对电极产出H2O2的影响规律。研究结果表明,电极最佳制备条件为:石墨和PTFE质量比为2∶1、石墨、造孔剂和稀土元素质量比为6∶1∶1、碾压压力10 MPa、煅烧温度330℃。在pH=3、电解质Na2SO4浓度为0.05mol/L条件下,电解2 h后,改性电极产生的H2O2从95 mg/L提高到350 mg/L,提高了268.4%。     

新型二氧化铅电极处理染料废水

利用高压塑片法制备掺杂镧和活性炭以及聚四氟乙烯(PTFE)的新型二氧化铅电极,采用X衍射(XRD),循环伏安曲线(CV),扫描电镜(SEM)等手段对电极性能进行表征,研究了其电催化处理有机染料废水(亚甲基蓝)的降解效果,并对反应机理进行了相关研究。研究表明,该电极具有良好的抗腐蚀能力,对亚甲基蓝具有较好的降解效果。通过与普通二氧化铅电极比较,该电极在染料脱色和去除COD方面都有较明显优势,显示出较好的工业应用前景。     

碳纳米管电极原位产生过氧化氢及其对亚甲基蓝脱色效果简

将碳纳米管固定化制成多孔疏水性导电薄膜构建电化学阴极还原体系,实现过氧化氢在阴极的原位产生。电极特性研究表明,电极在较宽的电压范围内均具有较好的活性。考察了阴极电位、电极成分、氧气流量和电解质浓度对过氧化氢原位产生的影响,在优化条件下经过120 min后过氧化氢达到66.17 mg/L,并探讨过氧化氢原位产生的机理。在此基础上考察原位过氧化氢氧化工艺下对亚甲基蓝的脱色效果,并分析其脱色机理。     

石墨-活性炭纤维复合电极电吸附处理含盐废水的研究

高盐废水是目前水处理领域的难点,作为一种新型的除盐技术,电吸附技术具有众多优点.本文研究了一种新型碳基复合材料,石墨-活性炭纤维复合电极,并考察了其应用于电吸附的影响因素和除盐效果.在电压为1.6 V,停留时间为60min,极板间距为1 cm时电吸附装置的除盐效果最优.用其分别对精制棉黑液和叶绿素铜钠废水进行了处理.电极对数为8对时对经酸析处理后的精制棉黑液的电导率和COD的去除率分别达到58.8%和75.6%;电极对数为6~8时对叶绿素铜钠生产废水的电导率的去除率能超过50.0%,COD的去除率约为13.5%.     

电容去离子技术综述(一):理论基础

电容去离子(CDI)是最近十余年快速发展起来的一种用于脱盐的新型水处理技术。它通常通过对两张相对放置的多孔电极施加电压,使水中带电粒子在电场的作用下定向移动并被吸附于电极上,从而实现水的净化。该技术的发展不仅包括理论研究与因素控制,其在工程上的成功运作也证明了该技术的可行性。本系列文章结合国际上近年来的研究成果对CDI进行了全面的叙述。其中,本文包括双电层理论、发展历史与研究现状、电极成型方式、电极表征的方法以及对未来的展望。     

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。