利用三维电极电催化氧化处理邻氯苯胺废水的探讨

摘 要：本文首先对三维电极的反应原理进行简单概述，并分析利用三维电极电催化氧化处理邻氯苯胺废水的方法，以及主要的处理过程与处理结果。实验结果表明了三维电极电催化氧化方法在邻氯苯胺废水处理上取得了良好的效果。

关键词：三维电极;电催化氧化;邻氯苯胺

1 引言

在邻氯苯胺废水的处理上，主要处理方法有物理吸附、化学氧化、电化学氧化等方法，其中三维电极电催化氧化处理技术属于一种电化学氧化方法，具有不产生二次污染、催化效率高、操作方式简单等优势，在邻氯苯胺废水的处理上逐渐得到了普遍应用。

2 三维电极反应原理

三维电极是在二维电极的基础上，在阴极和阳极中间填充粒子作为第三电极，也被称为复极性电极，在阴极和阳极产生的电场作用下，电解槽内增加无数微电极，使得电解槽的面体比增加，从而加快降解废水中的有机物[1]。三维电极反应装置由电源、阴阳极板、反应器、粒子电极填料和供气装置等组成。在废水有机物催化氧化过程中，具体可以分为直接氧化与间接氧化两种方式，其中直接氧化是指将有机物在阳极进行氧化，对有机物进行降解;间接氧化是指在溶液当中溶解的氧，以及外界提供的氧和阳极电解产生的氧，在阴极发生还原反应，通过生成H2O2对有机物进行降解。电极上具有金属催化剂，可以使H2O2进一步生成·OH，与H2O2共同参与三维电极电催化氧化反应。

3 利用三维电极电催化氧化处理邻氯苯胺废水

在利用三维电极电催化氧化方法处理邻氯苯胺废水的研究中，进行了如下实验，以下是实验过程及实验结果。

3.1 实验过程

实验所涉及的材料主要分为试剂与实验仪器，试剂选用了邻氯苯胺、浓硫酸、氢氧化钠以及无水硫酸钠。实验仪器选择了三维电极电化学反应器，组成部分包括电极、电解槽、磁力搅拌器与电源。其中电解槽有效容积8×5×8cm，组成材料为聚丙烯。阴极所用材料为不锈钢板，阳极所用材料为石墨板，内部填充物为活性炭，经过物理吸附饱和。电源选用了电压和电流稳定的直流电源，同时选用了磁力搅拌器，促进活性炭在反应器中均匀分布。实验测量仪器上选择了CM-02型台式COD测定仪，以及TU-1810型号的紫外-可见光吸收光谱仪。

在实验操作方法上，首先称量一定数量的邻氯苯胺，然后加入去离子水配制溶液模拟邻氯苯胺废水，浓度为0.075%。溶液的初始COD为1848.45mg/L，pH值为6.0，然后选取15.00g活性炭，浸泡于相同浓度的邻氯苯胺溶液中，在吸附饱和后进行过滤和烘干，以减少对实验的干扰作用，并将活性炭填充于电解槽，作为粒子电极。选取0.075%浓度邻氯苯胺溶液200mL，加入三维电极反应器，然后设置不同的反应条件，进行电催化氧化反应，在反应进行到规定时间后，进行取样分析。

在实验的分析方法上，主要分析指标为COD即化学需氧量，也就是运用化学氧化剂对水中能够氧化的物质进行氧化，并通过残留氧化剂含量计算耗氧量。在该项实验中，对电解前后COD进行测量，得出邻氯苯胺溶液氧化程度。

3.2 实验结果

根据对实验结果的分析，影响邻氯苯胺溶液COD去除率的因素主要有以下几方面。

3.2.1 槽电压

槽电压在邻氯苯胺废水电催化氧化处理过程中，起到了促进三维电极反应器中导电离子复极化的作用，是邻氯苯胺溶液COD去除率的重要影响因素。分析实验结果表明，在操作条件相同时，随着槽电压增大，邻氯苯胺溶液COD去除率也随之增加，原因在于电流密度与槽电压成正比，电流密度变大时被极化的活性炭数量增加，增大了有效电极面积。

3.2.2 溶液初始pH值

在实验过程中将溶液初始pH值从1.0调整到13.0并分析实验结果，表明在操作条件相同时，酸性条件下COD去除率要高于碱性条件，在pH为13.0时COD去除率为92.80%，在pH为3.0时COD去除率为97.50%，pH在3以下时，COD去除率呈现下降趋势。

3.2.3 電解时间

在其他条件相同情况下调节电解时间，分析结果表明，在电解时间达到10min时COD去除率为95.15%，延长电解时间至60min，COD去除率呈平缓增加趋势，电解时间达到60min时为98.51%，说明该反应属于快速氧化反应，反应过程主要集中在10min以内，而后电解时间对COD去除率影响不大。

3.2.4 极板间距

在其他条件相同情况下调节极板间距，分别为2、3、4、5、6cm，结果表明极板间距与COD去除率成反比，极板间距2cm时COD去除率97.50%，6cm时下降到88.06%，说明电极板间距减小会增加电极之间的作用力，缩短对流与扩散传质距离，起到了增强传质效果的作用，因此提升了COD去除率。

4 结论

通过实验证明了三维电极电催化氧化方法对于邻氯苯胺废水COD具有良好的去除作用。根据不同影响因素的研究，表明槽电压在15V、溶液初始pH在3.0、电解时间30min、极板间距2cm时COD去除率达到最高。

参考文献：

[1]张显峰，王德军，赵朝成，等.三维电极电催化氧化法处理废水的研究进展[J].化工环保，2016（3）：250-255.

作者简介：

邱志刚（1973- ），男，江苏如皋人，汉族，现职称：高级经济师，学历：本科，研究方向：化工管理。