[发明专利]一种自清洁碳电极的电解方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学电解技术领域,具体地说是一种自清洁碳电极的电解方法及装置。 

技术背景

电化学电解水处理技术的基本原理是通过外加电场的作用，在特定的电化学反应器中，通过化学反应、电化学过程或物理过程，通常产生羟基自由基(·OH)、臭氧(O₃)、过氧化氢(H₂O₂)、次氯酸根(ClO^-)、氯气(Cl₂)或原子氧等强氧化剂，进而对废水中的污染物进行降解，电化学电解技术是一种高级氧化技术。电化学电解处理方法作为一种“环境友好技术”已经在一些难生化降解污染物处理中得到广泛的研究和应用。作为清洁处理工艺，电化学电解法具有高度的灵活性，既可单独应用，又可与其他处理方法相结合。 

电化学电解是在电极表面上发生氧化-还原反应，该反应的特殊性表现在电极表面上存在双电层和表面电场。电极上主要发生两种类型的反应过程，一类是电荷经过金属-溶液界面进行的传递过程，这种电子的传递实现氧化或还原反应。因为这些反应由法拉第定律(即由电流流过所引起的化学反应的量与通过的电量成正比)所支配，故称为法拉第过程。另一类是在一个给定的电极-溶液界面，将会显现出这样的电势范围，在此范围内不发生电荷传递，然而，像吸附和脱附这样的过程则可能发生。电极-溶液界面的结构可以借改变电势或溶液组成而改变，这些过程称为非法拉第过程。尽管在这些情况下电荷不通过界面，但是当电势、电极面积或溶液组成改变时，仍有外电流流过。当发生电极反应时，法拉第和非法拉第两种过程都存在。 

电化学电解法是近年来新兴的一种污水处理方法，主要是利用阴阳极上发生的电极氧化还原反应，实现处理废水的目的。人们应用电化学方法去除废水中生物难降解有机物进行了大量研究。阳极氧化可分为直接氧化和间接氧化两类。在直接氧化过程中，有机物首先吸附到电极表面，然后通过阳极氧化反应而使有机污染物和部分无机污染物转化为无害物质；间接氧化是通过阳极反应产生具有强氧化作用的物质或发生阳极反应之外的反应，使被处理污染物氧化，最终转化为无害的物质。对于阳极直接氧化而言，如反应物浓度过低会导致电化学表面反应受传质步骤限制；对于间接氧化，则不存在这种限制。根据被氧化物质氧化程度的不同，直接氧化法又分为2类：一是电化学转化，即被氧化物质发生部分氧化。对有机污染物而言，电化学转化可以把有毒物质转变为无毒物质，或把难生物降解的有机物转化为可生物处理的物质；二是电化学燃烧，即被氧化物质完全氧化为无机物，如CO₂和H₂O。 

阴极还原是利用阴极还原反应使O₂还原为具有氧化活性的H₂O₂，氧化有机污染物。通过阴极的直接还原作用，水可以在阴极表面放电生成吸附态氢原子与吸附在阴极表面的卤代烃分子发生取代反应，使其脱卤等。阴极还原可处理多种污染物，同时也是回收有价值物质的一种方法。 

直接、间接电化学电解过程并不是绝对的，实际上有机物直接和间接电解反应往往同时发生。利用电极表面产生的强氧化性自由基，可以无选择的对有机物进行氧化处理；且可以 通过电极的电催化活性的控制，使有机物降解氧化到某一特定阶段，使电化学转化控制在完全降解或部分降解，是电化学方法最具有吸引力和挑战性的应用。 

申请号为200820157652.6实用新型涉及一种难降解有机废水电解氧化装置，由电解催化氧化装置和电源组件构成，电解催化氧化装置中包含有进水管、出水管、电解槽和电极板组件，阳极板由Ti/RuO2+TiO2网状三元电极，阴阳极板间距20cm最佳，工作时，利用阳极的直接氧化作用和溶液中的间接氧化作用对溶液中的污染物氧化，只要保证电解槽内有足够的极水比和电流密度，就能取得较稳定的处理效果。该实用新型采用的阳极价格昂贵，工业化实施成本高，且涂层易脱落失效，因此工业化有困难。