[发明专利]一种电催化氧化的新型供电方法

说明书

本发明公开了一种电催化氧化的新型供电方法，包括：选择电流衰减曲线形式；依次确定每段电流衰减曲线的初始电流值、终止电流值和每段电流衰减曲线的持续时间，两段电流衰减曲线连接处的电流值与时间值相匹配；采用普通恒流电流输出形式，通过多段单位时间恒流输出的模式来模拟不同电流衰减曲线形式，根据可编程直流电源参数以及电催化降解的实际情况，确定电流输出单位时间间隔；根据电流衰减曲线形式、电流值、电流衰减曲线持续时间及电流输出时间间隔，确定可编程直流电源的电流、时间的输入参数；将电解槽与可编程直流电源连接，按照设计好的电流衰减曲线形式进行电催化氧化降解。本发明方法降解效果好、能耗小，适用范围广，使用灵活。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种电催化氧化的新型供电方法。

背景技术

电催化氧化处理有机物技术是典型的高级氧化技术，近年来受到较多科研人员的关注，在工程实践中也得到一定程度的应用(Applied Catalysis B:Environmental,2009,87,105-145；Chemical Society reviews,2006,35,1324-1340；Chem.Rev.,2009,109,6541-6569)。

影响电催化氧化技术效果的因素很多，不同因素会对最终结果产生较大的影响，例如电流密度值、有机物浓度、溶液温度、溶液pH值等。这其中，电流密度是影响电催化降解过程的电流效率和能耗值的重要指标。目前的研究报道都是考察电流密度值大小对于处理过程及处理效果的影响，还未见到电流提供方式对于处理的影响研究报道。

电催化氧化过程中常见的供电模式包括恒压供电模式、恒流供电模式与脉冲供电模式。恒压供电模式是在电催化氧化过程中提供恒定的电压，而电流会随着电解反应进行出现不同的变化(一般而言是会不断变小)。恒流供电模式是在电解过程中提供恒定的电流，电压会随着电解反应的进行出现不同的变化(一般而言是会不断增加)。这种供电模式所需设备相对复杂。目前文献资料及工程实践中，绝大部分的电催化降解是采用此种模式进行的。脉冲供电模式是在电解过程中提供一个脉冲式的电流，电压会随脉冲的具体情况而发生不同的变化。这种供电模式复杂，需要有专门的仪器设备保障。目前文献报道及工程实践中，较少见有研究人员选择脉冲供电模式去实施有机物的电催化氧化。

文献资料(Chemosphere,2010,81,26-32；Electrochimica Acta,2015,154,278-286；Chemical Engineering Journal,2014,245,359-366)表明，在对不同浓度有机物进行降解时，存在一个极限电流密度值(j_lim)。当实际电流密度小于j_lim时，电催化体系处于电荷控制阶段，此时电流效率保持为100％，有机物COD去除速率随电流密度增加而增加。当实际电流密度大于j_lim时，电催化体系处于传质控制阶段，此时电流效率低于100％，有机物COD去除速率不随电流密度增加而增加。因此，为使电催化过程电流效率处于高位，需要使施加给电催化体系的电流密度值与j_lim之间的差距越小越好。

事实上，溶液COD值会随电催化过程的进行而不断降低，即对应的j_lim越来越小。如果采用恒流模式(或是脉冲恒流模式，指电流值不改变、只在固定时间予以通或断的情况)进行降解，假设给定的电流密度值i₀刚好为溶液初始有机物浓度所对应的极限电流密度值j_lim，那么在反应的初始阶段，属于电流效率很高(接近100％)的阶段；一旦反应进行一段时间，溶液COD值会随着反应进行降低，意味着在开始后的某一个时间点上，其溶液COD值所对应的极限电流密度值j_lim’小于i₀值，反应就会进入传质控制阶段，电流效率下降(低于100％)。从电流利用效率的角度而言，这显然是不利的，会造成能耗的额外消耗(析氧副反应增加)。

当前，电催化氧化技术的根本缺陷在于电流利用效率低与降解能耗高，解决该问题成为推动技术实际应用的重中之重。