负载型粒子电极在难降解废水中的研究进展

江中央

（中国天楹股份有限公司 上海 201210）

引言

高浓度难降解有机工业废水一直是我国环境环保处理的重要难题之一，该水有机污染物因其化学性质稳定、毒性强且不能利用常规的物理法、化学法和生物法进行处理，这对我国宝贵的水资源造成了极大的威胁。而电化学技术处理废水，不仅有机物降解好、且设备结构简单、使用方便，无需添加化学药品，越来越受到研究者的青睐，已成为成为处理有机废水的重要方法之一。近年来对粒子电极的研究日益增多，而负载型粒子电极催化剂的研发应用备受研究者的青睐。本文主要对粒子电极在废水处理中的的研究进展进行综述。

1 负载型粒子电极在难降解废水中的研究进展

1.1 碳基载体粒子电极

在粒子电极催化氧化领域中，由于活性炭(AC)价格低廉、产量较大，且具有较大的比表面积，成为研究最广泛的催化剂载体之一。目前研究较多的是在载体上负载金属催化剂，如过渡金属、稀土金属等，以提升三维粒子电极对废水的处理效果。Li等将TiO2负载于活性炭粒子上，制备了以BDD为阳极的BDDAC-TiO2三维电极系统，并研究了其去除罗丹明染料的效果，结果表明该系统的COD去除率是BDD二维系统的8.7倍、BDDAC三维系统的1.4倍，表明TiO2负载于活性炭粒子可有效促进有机污染物的降解，是一种优良的电化学催化剂。除活性炭外，人们亦在开发出具有更高机械性能、电子特性与物理化学性能的碳基催化剂载体，如碳纳米管、石墨烯等。程勇等以甲基橙废水为例，采用自制Ni-炭气凝胶粒子电极对其处理，经循环实验证实Ni-炭气凝胶具有较好的去除效果与稳定性，可重复利用。

1.2 金属氧化物载体粒子电极

金属氧化物载体催化剂载体主要以活性氧化铝（即γ-Al2O3）为代表，因其多孔性、高分散度、高比表面积、良好的吸附性和热稳定性等优良特性而在催化剂载体领域得到广泛的应用。岳琳等制备了CuO/γ-Al2O3的粒子电极降解垃圾渗滤液，COD、氨氮去除率分别达到87.8%、45.4%，且20次反复使用后仍具有一定催化活性，表明该电极具有良好的稳定性。班福忱等添加 CeO2对CuO/γ-Al2O3进行改性，其对活性艳橙 X-GN的脱色率比未负载的γ-Al2O3电极提高了13.49%。张芳等则将Mn、Sn、Sb等多种金属负载于γ-Al2O3载体上组成复合催化粒子层处理苯酚废水，其对苯酚的降解率达到90.8%，比不加粒子电极的二维电解高35.2%。

然而与活性炭相比，活性氧化铝的比表面积仍处于较低的水平，且其具有两性的特征，在强酸强碱废水中不适宜使用，同时活性氧化铝在高温烧结过程中会出现龟裂、破碎等现象，并需要增加导电粒子或导电离子等方式解决其导电性极差的问题，因而限制了其在废水电化学氧化领域的进一步应用，人们亦关注其他类金属氧化物做催化剂载体。铁氧体因耐蚀性好、使用寿命长和驱动力而受到关注。王昭阳等利用炼钢厂产生的废渣为主要原料，制备出具有一定磁性的表面孔隙结构粒子，其组成的三维粒子系统对模拟印染废水中罗丹明B具有较好的去除效果。

1.3 石英基载体粒子电极

为解决活性炭在催化氧化过程中因阻抗小，电流直接通过粒子，导致反应电流效率低下的问题，一些研究者选择高阻抗的多孔载体，石英具有机械强度高、耐酸碱性强、高稳定性等特点，是良好的催化剂载体之一，进行难生物降解有机废水的处理，取得了较好的研究成果。徐海青等以热分解法制备了复合金属氧化物Sn-Sb-Mn/陶瓷粒子电极，考察了该三维粒子电极的析氧特性及电催化性能，该粒子电极系统对苯酚去除率为92.3%，TOC的去除率为66.7%，明显高于二维电极系统，污染物降解作用显著。李明则采用以CuO-ZnO/多孔陶瓷粒子电极构建的三维电解系统降解2-氨基吡啶，在适宜的条件下，2-氨基吡啶和COD的去除率可分别达到83.98%与74.44%，研究表明粒子电极可以显著提高电流效率。

1.4 其他类载体粒子电极

高分子材料，性质稳定、无毒、成膜性较好，成为负载型催化剂载体一个新的研究方向。秦强等以超细石墨粉为导电体，中空聚苯乙烯颗粒为载体，用水溶性环氧树脂为粘接剂，阻隔剂为超细碳酸钙，形成颗粒后用亲水性硅氧烷偶联剂对表面水解聚合处理，研制成一种三维粒子电极，该粒子电极能够分散悬浮于水中，其密度、导电性可通过组分比例调整，电解过程中粒子电极不溶解。牟兴琼等用Cu、Fe、Co、Ni等过渡金属的硝酸盐溶液浸渍膨润土后烘干活化，制得粒子电极，处理玫瑰精B废水的效果显著提升，其中硝酸铁改性的粒子电极对废水中色度和COD的降解效果最好。

结语

负载型粒子电极催化氧化作为一种新型的高级氧化技术，解决了均相催化剂易流失难分离的问题，在废水处理中有着良好的应用前景，近年来已然成为研究热点。目前，负载型粒子电极技术已广泛应用于处理印染废水、苯酚废水、焦化废水、农药废水、医药废水等浓度高、毒性大、生物降解难的有机废水但仍存在许多问题亟待解决：寻求更加廉价易得性能良好的载体与催化剂；催化剂的表面性能及在废水中的催化机理研究仍待深入；长期运行可能导致床层粒子电极吸附饱和或失活，研发高效稳定的负载型粒子电极的催化涂层是该技术的发展方向之一。