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电芬顿装置原理及作用机理

发布时间:2021-05-10 13:40人气:

电芬顿装置
电芬顿装置工艺中,芬顿试剂来源亚铁离子是由阳极氧化产生,二价的亚铁离子,阴极还原生产双氧水,通常情况下亚铁离子不需要添加,而双氧水生产数量不够,需要单独添加部分。
电芬顿装置阴极还原产生双氧水其主要原理是通过阴极曝气的方式原位持续在线生成H2O2,同时在阴极的还原作用下有效地实现催化剂(如Fe3+与Fe2+等)之间的转化,并催化H2O2分解产生强氧化性自由基(·OH等),从而实现对废水中污染物的高效降解。在整个降解过程中,阴极既是产生H2O2的主要场所,又是提高电芬顿装置效果的关键。因此,阴极材料的选取是至关重要的。
电芬顿装置H2O2生产的作用机理
在电芬顿装置过程中,电化学原位生成H2O2的基本原理是:首先,水体中的溶解氧在传质作用下被吸附到阴极表面;然后,溶解氧在阴极通过2电子氧化还原反应生成H2O2。
在酸性条件下,阴极可能发生的氧化还原反应主要为式(1)和式(2)。
(1)O2+2H+2e----H2O2
(2)O2+4H-+4e----2H2O
这2个反应的强烈程度跟电芬顿装置阴极材料的性能是密切相关的。为了确保反应体系中有充足的H2O2供应,必须尽可能地抑制4电子反应〔见式(2)〕的发生。在碱性条件下,溶解氧会发生还原反应先生成HO2-(H2O2的共轭碱存在形式),具体过程见式(3)、式(4)。
(3)O2+2H2O+2e-→HO2-+OH-
(4)HO2-+H2O→H2O2+OH-
该方法只需选取合适的电芬顿装置阴极材料,仅仅利用O2甚至空气一种原料即可获得H2O2,合成步骤简单,且无有害物质产生。
基于H2O2生产作用机理的分析,理想的电芬顿装置阴极材料必须具备以下优点:
与氧气的接触面积大,电极表面能有效吸附和聚集氧分子;
具有较好的电催化活性,能高效促进2电子还原反应生成H2O2,并抑制4电子还原反应的发生;
具备高导电性、较好的稳定性和较长的使用寿命,制备工艺简单、成本低,且有一定的机械强度;
可有效促进催化剂金属离子(如Fe3+和Fe2+)之间的转化等
电芬顿装置相比传统的芬顿,电芬顿法降解效果明显更彻底,更快,产泥量更少。

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