目前相比傳統(tǒng)氯消毒,電氧化可同步殺滅病原體和降解微污染物(如農(nóng)藥、內(nèi)分泌干擾物)。采用Ti/IrO?-Ta?O?電極時(shí),大腸桿菌的滅活率在5分鐘內(nèi)達(dá)99.99%,且無(wú)消毒副產(chǎn)物(DBPs)生成。對(duì)于飲用水中常見的阿特拉津(除草劑),電氧化優(yōu)先攻擊其叔胺基團(tuán),降解路徑明確。實(shí)際應(yīng)用中需平衡消毒效果與能耗(通常<0.5 kWh/m3),并考慮水源水質(zhì)(如天然有機(jī)物的干擾)。形成了模塊化的電氧化設(shè)備已經(jīng)成功作用于農(nóng)村分散式供水處理。電化學(xué)技術(shù)節(jié)水效益達(dá)200萬(wàn)元/年。遼寧循壞水電極
電極電氧化是一種通過(guò)陽(yáng)極表面直接或間接氧化降解污染物的電化學(xué)技術(shù)。其機(jī)制包括兩種路徑:一是污染物在陽(yáng)極表面直接失去電子(直接氧化),二是陽(yáng)極生成強(qiáng)氧化性活性物種(如羥基自由基·OH、活性氯等)引發(fā)間接氧化。以硼摻雜金剛石(BDD)電極為例,其寬電位窗口(>2.5 V vs. SHE)可高效產(chǎn)生·OH,實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的完全礦化。典型反應(yīng)中,有機(jī)物(R)被氧化為CO?和H?O:R + ·OH → CO? + H?O + 其他產(chǎn)物。此外,電解質(zhì)類型明顯影響反應(yīng)路徑:含Cl?介質(zhì)中會(huì)生成HClO/ClO?,而SO?2?介質(zhì)則依賴·OH主導(dǎo)氧化。該技術(shù)的效率由電流密度、電極材料、pH值和傳質(zhì)條件共同決定,需通過(guò)優(yōu)化參數(shù)平衡降解速率與能耗。江西吸收塔電極除硬電化學(xué)方法處理成本低于傳統(tǒng)工藝。
循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕與結(jié)垢往往并存,電化學(xué)方法可通過(guò)調(diào)控水質(zhì)穩(wěn)定性指數(shù)(LSI)實(shí)現(xiàn)雙重控制。陽(yáng)極生成氧化性物質(zhì)(如ClO?)抑制腐蝕菌,而陰極反應(yīng)生成的OH?與HCO??結(jié)合生成CO?2?,優(yōu)先與Ca2?形成可排垢層。采用Ti/Pt陽(yáng)極與316L不銹鋼陰極組合時(shí),碳鋼掛片的腐蝕速率從0.2 mm/年降至0.02 mm/年,同時(shí)結(jié)垢傾向指數(shù)(PSI)從8降至4。智能控制系統(tǒng)可根據(jù)在線pH、ORP和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電流(0.5-5 A),適用于水質(zhì)波動(dòng)大的工況。某化工廠應(yīng)用后,設(shè)備壽命延長(zhǎng)3倍,且年節(jié)水效益達(dá)200萬(wàn)元。
鈦電極表面的活性涂層賦予了其高催化活性。通過(guò)合理設(shè)計(jì)和制備活性涂層,能夠明顯降低電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)電位,加快反應(yīng)速率。以鈦基二氧化釕電極在氯堿工業(yè)為例,其表面的二氧化釕涂層能夠有效催化氯離子氧化生成氯氣的反應(yīng),使得反應(yīng)在較低的電壓下進(jìn)行,降低了能耗。在有機(jī)電合成領(lǐng)域,鈦電極的高催化活性能夠促進(jìn)有機(jī)化合物的氧化或還原反應(yīng),實(shí)現(xiàn)一些傳統(tǒng)化學(xué)方法難以完成的合成過(guò)程,為有機(jī)合成開辟了新途徑,在精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)中具有重要應(yīng)用價(jià)值。電化學(xué)技術(shù)使生物膜厚度從500μm降至50μm。
隨著人們對(duì)水質(zhì)要求的不斷提高,鈦電極在水處理領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在電解法水處理中,鈦電極可用于降解水中的有機(jī)污染物、去除重金屬離子等。通過(guò)選擇合適的鈦電極材料和涂層,能夠產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的活性物質(zhì),如羥基自由基等,這些活性物質(zhì)可以將水中的有機(jī)污染物氧化分解為無(wú)害的二氧化碳和水。例如,在處理印染廢水、制藥廢水等高濃度有機(jī)廢水時(shí),鈦電極電解法具有處理效率高、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),鈦電極還可用于消毒殺菌,通過(guò)電解產(chǎn)生的氯氣、次氯酸等物質(zhì)殺滅水中的細(xì)菌和病毒,保障飲用水的安全。電化學(xué)-膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)循環(huán)水零排放。遼寧循壞水電極
電化學(xué)技術(shù)處理循環(huán)水見效快。遼寧循壞水電極
溶解氧(DO)在電極氧化中扮演復(fù)雜角色:一方面作為去極化劑加速金屬溶解(如4Fe+3O?→2Fe?O?),另一方面在適當(dāng)條件下促進(jìn)保護(hù)性氧化膜形成。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)DO從0.1mg/L升至8mg/L時(shí),碳鋼腐蝕速率可從0.01mm/a增至0.15mm/a。但在pH>9的堿性環(huán)境中,DO會(huì)促進(jìn)γ-Fe?O?致密膜生成,反而抑制腐蝕。這種濃度-效應(yīng)的非線性關(guān)系要求在實(shí)際監(jiān)測(cè)中必須精確控制DO水平。
氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)受電荷轉(zhuǎn)移、物質(zhì)擴(kuò)散等多因素控制。對(duì)于鐵電極,在pH=7的中性水中,其氧化電流密度通常為10??-10??A/cm2。當(dāng)形成鈍化膜后,電流密度可降至10??A/cm2以下。值得注意的是,氯離子存在時(shí)會(huì)使鈍化膜局部破裂,產(chǎn)生微米級(jí)的活性溶解點(diǎn),此時(shí)電流密度呈現(xiàn)脈動(dòng)特征,這種非線性動(dòng)力學(xué)行為給電極壽命預(yù)測(cè)帶來(lái)挑戰(zhàn)。通過(guò)電化學(xué)阻抗譜(EIS)可有效表征這些動(dòng)力學(xué)過(guò)程。 遼寧循壞水電極