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電催化氧化設(shè)備應(yīng)用原理

電催化氧化設(shè)備是針對目前高濃度、難降解廢水和生化不達(dá)標(biāo)問題而開發(fā)出的一種高效實(shí)用處理設(shè)備，主要用于高濃度、高鹽、高COD廢水的處理及生化后廢水的深度處理。設(shè)備借助于外加電源，在反應(yīng)器內(nèi)復(fù)合極板與廢水發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。

設(shè)備在外加電場的作用下，將被處理的污水或液體引入電解槽，在電流的作用下，電極材料表面產(chǎn)生羥基自由基等活性集團(tuán)來氧化水體中的有機(jī)物，將其氧化分解為二氧化碳、水、小分子有機(jī)物等，可降低水中COD、氨氮、色度、提高可生化性等。

• 電極反應(yīng)：設(shè)備通電后，在陽極和陰極表面分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。

• 陽極氧化：陽極通常采用具有高析氧過電位的材料，如鈦基二氧化鉛電極、硼摻雜金剛石電極等。當(dāng)廢水流經(jīng)陽極表面時(shí)，水分子在陽極失去電子被氧化，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基（?OH）。羥基自由基具有很高的氧化電位（2.8 V vs. NHE），能夠無選擇性地將水中的有機(jī)物氧化分解為二氧化碳、水和其他無機(jī)小分子。此外，一些有機(jī)物也可能直接在陽極表面失去電子被氧化，這一過程稱為直接氧化。

• 陰極還原：陰極發(fā)生還原反應(yīng)，對于含重金屬離子的廢水，重金屬離子在陰極得到電子，被還原為金屬單質(zhì)析出。例如，含銅廢水在陰極可發(fā)生反應(yīng)$C{u}^{2+}+2e^{?}?Cu$，從而實(shí)現(xiàn)重金屬離子的去除。同時(shí)，陰極也可能發(fā)生析氫反應(yīng)$2H_{2}O+2e^{?}?H_2\uparrow +2O{H}^{?}$，產(chǎn)生氫氣。

• 電催化作用：電極材料的催化性能對電催化氧化過程起著關(guān)鍵作用。

• 降低反應(yīng)活化能：電催化劑能夠降低電極反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)更容易進(jìn)行。例如，在某些電極表面，有機(jī)物的氧化反應(yīng)可以通過一系列的電子轉(zhuǎn)移步驟進(jìn)行，電催化劑可以促進(jìn)這些步驟的進(jìn)行，提高反應(yīng)速率。

• 提高選擇性：一些電催化劑對特定類型的有機(jī)物具有較高的催化活性，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)污染物的選擇性氧化。例如，在處理含酚廢水時(shí)，特定的電催化劑可以優(yōu)先將酚類物質(zhì)氧化為無害的產(chǎn)物，而對廢水中的其他成分影響較小。

• 傳質(zhì)過程：在電催化氧化過程中，傳質(zhì)過程對反應(yīng)速率和處理效果也有重要影響。

• 廢水主體與電極表面的傳質(zhì)：廢水中的污染物需要從廢水主體擴(kuò)散到電極表面才能發(fā)生反應(yīng)。攪拌、曝氣等方式可以提高廢水的湍流程度，增強(qiáng)傳質(zhì)效果，使更多的污染物能夠及時(shí)到達(dá)電極表面進(jìn)行反應(yīng)。

• 電極表面產(chǎn)物的擴(kuò)散：反應(yīng)生成的產(chǎn)物需要及時(shí)從電極表面擴(kuò)散到廢水主體中，否則會在電極表面積累，影響反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。例如，在陽極產(chǎn)生的二氧化碳等氣體需要及時(shí)脫離電極表面，以免阻礙電極反應(yīng)的進(jìn)行。

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