关于微电解国内外研究现状及发展动态分析

关于微电解国内外研究现状及发展动态分析微电解(micro-electrolysis)技术,又称为铁炭法、铁屑法、内电解、铁还原等技术,是被广泛研究与应用的一种废水处理方法。它主要是基于金属腐蚀溶解的电化学原理,依靠在废水中形成微电池的电极反应而使废水净化。该工艺以废铁屑为原料,无需消耗电力资源,具有“以废治废”的意义。其电解材料一般采用铸铁屑与惰性碳(如石墨、焦炭、活性炭、煤)等,也有也有采用铝-炭、铁-铜等其他组合来加强处理效果。苏联学者于20世纪70年代初首次将其应用于处理印染废水,由于此法具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便等诸多优点,是真正的环境友好型技术。随后在世界范围内引起了广泛的关注。该法于20世纪80年代引入我国,目前已成功地应用于染料、印染、重金属、化工、制药、油分等废水的预处理,在当时是水处理领域里的非常热门的课题。随着我国经济的高速发展,工业废水的排放量日益增加,工业废水的特点是水质和水量因生产工艺和生产方式的不同而差别很大,成分复杂,可生化性差,COD、盐分和有毒物含量高,污染物的存在形态在不同的废水中各不相同等。为了满足国家排放标准,减少环境污染,研究者们又在铁碳微电解的基础上进行研究改进,随后出现了多元微电解体系以及微电解结合废水处理的其他技术方法,联合应用于各类废水的治理中。目前,研究较多的有混凝沉淀联合微电解法、Fenton联合微电解法、生物降解联合微电解法等。一、微电解分类微电解反应体系按投加填料种类的不同可分为一元、二元及三元(或以上)等体系。其中,铁屑还原法是常用的一元微电解体系,又称为零价铁法(Fe0)。铁屑主要由纯铁(Fe)和碳化铁(Fe3C)组成,其中Fe3C以极细小的颗粒分散在铁屑内,由于两者间存在明显的氧化还原电位差,可形成无数个微观电池,利用其产生的电池效应实现对工业废水的处理。YangMu等研究发现,铁屑通过电化学附集、氧化还原等作用把硝基苯转化为苯胺、偶氮苯及氧化偶氮苯等易生物降解物质;ChuanbaoWang等通过大量实验室研究和现场测试发现,纳米级铁粉可将各种卤代有机物还原为简单无害的碳氢化合物。在不同的废水中,微电解的处理效果也不一样,有的处理效果不够理想,为此,有人提出向一元微电解反应体系中投加另外一种金属(如Cu)或者非金属(如C)或在填料表面镀上适当比例的另外一种还原电位高的金属(如Ni、Ti、Pd),形成二元微电解反应体系,使宏观电池及微观电池的数目成倍增加,以达到提高处理效果的目的。乔俊莲等证明了Al-C微电解法在碱性条件下仍对碱性棕G具有较好的处理效果,克服了Fe-C微电解法局限于酸性条件的弊病。周荣丰等研究发现,与Fe-C微电解法相比,Fe-Cu微电解法对pH的适应范围明显扩大,通过零价铁、新生态[H]、电化学等还原作用降解有机物。JunxiLiu等研究表明,在酸性条件下,铁屑表面镀钛(Ti)形成Fe/Ti双金属体系,对10.0mg/LCr(Ⅵ)的处理效果较单独铁屑好得多。借鉴于二元微电解体系的研究效果,研究者们继续向二元微电解反应体系中投加金属或非金属,构成三元(或以上)微电解反应体系,可使电子受体成倍增加,且污染物向电极表面的传质速率明显加快,从而提高处理效率。如在Fe-Cu-C微电解反应体系中,一方面,Fe、C形成的微观原电池通过氧化还原等作用可有效地去除废水的色度;另一方面,溶解态Cu被Fe置换出来,Fe、Cu形成双金属还原体系;此外,Cu是一种良性导体,可促进Fe、C微电极产生的电子快速分离,而C又具有物理吸附和化学吸附的双重特性,能选择性吸附污染物,最终使处理效果明显提高。梁少晖等采用Fe-Cu-C三元固定床微电解法处理酸性品红染料废水,结果发现,酸性品红的去除率可达96.2%,用再生能力较强的活性炭代替一般的炭粒既可提高脱色率,又能减少材料消耗。二、微电解作用机理铁碳微电解工艺的电解材料一般采用铸铁屑和活性炭或者焦炭,当材料浸没在废水中时,发生内部和外部两方面的电解反应。一方面铸铁中含有微量的碳化铁,碳化铁和纯铁存在明显的氧化还原电势差,这样在铸铁屑内部就形成了许多细微的原电池,纯铁作为原电池的阳极,碳化铁作为原电池的阴极;此外...

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