RuO 2/Ti阳极电化学法氧化吸收工业甲苯废气

陈 江 唐 伟

（1浙江建设职业技术学院 浙江杭州 311231 2杭州市环境保护科学研究院 浙江杭州 310014）

1 引言

甲苯等挥发性有机废气对人体健康与生态环境造成很大危害，也是产生光化学烟雾的重要因素[1]。目前企业正在转型升级，中共浙江省委提出，要推进“八八战略”再深化，坚决打赢污染防治攻坚战，全面加强生态环境保护[2]。

电化学氧化法是污水高级氧化技术（AOP）的重要方法之一[3]，因为具有操作灵活，功能性强等特点，在污水处理、环境专业教育中被广泛使用[4]。本研究提出使用电化学反应器处理甲苯废气，RuO2/Ti电极产生的强氧化性活性物质高效氧化降解液相中的甲苯[5]。

2 实验装置及方法

实验装置如图1所示，采用的模拟废气是甲苯和空气混合气体。氮气以一定流量进入甲苯气原料罐，带出蒸气，具体气量由蠕动泵5控制，蠕动泵的传递量为0.05ml/min；另一路氧气通过转子流量计与甲苯挥发性蒸气混合形成模拟甲苯废气后进入反应器。废气从反应器7的底部导入，经过电化学反应器从上部排出进入FTIR傅利叶红外光谱9，在线检测尾气中甲苯含量。产物使用气相色谱进行分析。

图1 实验装置及流程1.氧气瓶 2.氮气瓶 3-4.流量计 5.蠕动泵 6.甲苯原料罐7.电化学反应器 8.直流电源 9.FTIR傅利叶红外光谱仪

电化学反应器为塔式结构，尺寸为650 mm×120 mm×120 mm，主要由聚乙烯电解槽、直流电源、电极组成。尺寸为90 mm×120mm，厚度1mm的钛基镀钌网作为阳极，不锈钢网作为阴极，极板间距为80mm，极板间填充活性炭颗粒作为流化态粒子，1%的NaCl溶液为电解液。产物分析采用GC-2014气相色谱仪、370DTGS傅利叶红外光谱仪。

3 实验结果与讨论

3.1 电解槽电压对甲苯废气去除率的影响

调节鼓吹氮气流量为1600ml/min，氧气流量为400 ml/min，使得进口甲苯废气浓度约为1500 mg/m3。直流电源设置为3A，调整电压为5-25V，电解反应时间在30min后，抽取进出口气体检测甲苯浓度。

图2 槽电压对甲苯废气去除率的影响

由图2可知，在较低电压下，随着反应电压的增大，甲苯去除率不断提高，呈现线性关系；当反应电压达到20V时，处理效果不再随电压发生显著变化。加大电解电压使得废气降解效果提高的作用机理可认为是电势的增加引起电化学反应驱动力的增加。在反应器中，填充粒子在高梯度电场作用下发生感应而复极化为复极性粒子，每个粒子形成了三维电极[6]，即在粒子两端分别发生阴阳极反应，体系中溶液与电极的接触面积大，电流效率和时空产率高，传质效果更好，粒子之间形成了大量的微电池，在电池电解作用下生成具有可打破污染物分子结构的强氧化性?OH自由基[7]，提升了甲苯废气降解效果。在甲苯废气的降解过程中还存在着水的电解、析氢析氯等反应[8]，消耗部分电能。

3.2 电解质及电压对甲苯废气去除率的协同影响

更换氯化钠电解质溶液为氢氧化钠溶液，考察电解质对处理效果的影响，同时改变反应电压，考察不同电压对甲苯去除效果的影响。实验中，氮气流量为2000ml/min，蠕动泵的转速调解为3rad/min，运行时间为30min。

图3 电解质对甲苯废气去除率的影响

由图3可得，相同反应条件下，使用NaOH作为电解质的去除效果好于NaCL作为电解质的效果。同时电压越大，使用氢氧化钠作为电解质的电流也较大，对甲苯的去除效率高。可认为溶液的PH值对H2O2产生量有明显影响，H2O2产生量随PH值升高而增加[9]。氢氧化钠电解液为反应提供了碱性环境，电池阳极会积聚大量OH-离子，失电子生成O2和H2O2，，促进甲苯的氧化降解，H2O2的也会部分转化为·OH，同时，体系中·OH大量生成，而·OH具有很强的氧化还原电位，可快速氧化甲苯，促进电解反应正方向进行。

3.3 填充物和电流强度对甲苯废气去除率的协同影响

在氮气流量为1600ml/min，氧气流量为400ml/min，甲苯进气浓度约为1500mg/m3条件下，比较填充活性炭对电化学反应器处理效果的影响。同时调节电流强度，考察电流强度对甲苯去除率的影响。

由图4可知，在相同电流强度下，填充活性炭的电化学反应器降解效率明显高于无填充物的，改变电流强度，甲苯去除率总体随电流强度的增大而增大。有填充物反应器在电流为3A时达到处理峰值，甲苯去除率42.6%，未含填充物反应器在电流为4A时达到处理峰值，甲苯去除率23.5%。这可以认为在主电极间填充的活性炭颗粒在电流作用下形成了复极性微电极，作用类似于微小电解槽[10]，能全方位利用反应器内的空间，强化了电场作用。

图4 填充物对甲苯废气去除率的比较

结语

（1）电化学氧化法通过带电荷的活性炭颗粒强化对甲苯分子的吸附作用，并在电极上发生直接电化学反应，电极表面产生的·OH和H2O2等强氧化性活性物质，降解效率明显高于吸附法。

（2）随着电解槽电压的增大，甲苯去除率不断提高，呈现线性关系；当反应电压达到20V时，处理效果不再随电压发生显著变化。

（3）填充了活性炭的电化学反应器在电流为3A时达到处理峰值，甲苯去除率42.6%，主要是因为每个活性粒子形成复极性微电极，起到强化电场和提升传质效果作用；反应产生的H2O2、·OH、等具有较强氧化性，会进攻电子云密度点，发生快速反应，使甲苯氧化为苯甲酸。