催化内电解(杨凯)(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Menu,咖啡地图,收拾心情,细水长流,有关文化,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第 章：,电解,及,催化内电解,学号：2014062077,姓名：杨凯,1,Is there a market for white label insurance produts?,4.1 电解,（1）：基本原理,（2）：处理废水的原理,（3）：影响电解效率的因素,（4）：对电极板的改进及应用,2,4.1（1）电解的基本原理,电解,电解质溶液在,直流电流,的作用下，在阴、阳两电极上分别产生氧化反应和还原反应的过程,。,3,4,4.1（2）电解在废水处理中的原理,电解在净化废水过程中，共有,4,种净化过程。,过程1（电极表面处理过程）,：,废水中的溶解性污染物通过阳极氧化或阴极还原，,生成,气体、不溶物沉淀及有毒化合物转化成无毒的物质等。,5,过程2（电解氧化还原过程）,：,利用,电极在电解过程中,生成氧化或还原产物,，与废水中的污染物发生化学反应，产生气体、不溶物沉淀等。,过程3（电解浮选过程）,：,电解,在,阳极处产生的氧气泡,和,阴极处产生的氢气泡,吸附,废水中的絮凝物并上浮，使污染物得以去除。,6,7,过程3（电解凝聚过程）,：,电解凝聚是以铝、铁等,金属,为阳极，在直流电的作用下，阳极溶蚀，产生,Fe,2+,和,Al,3+,等离子,，再经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种,羟基络合物,、多核羟基络合物以至,氢氧化物,，,使,废水中的胶态杂质及悬浮杂质发生,絮凝沉淀,而分离,。,8,9,4.1（3）影响电解效率的因素,电极材料,电解效率,槽电压,电能消耗,电流密度,随废水浓度而异,pH,值,适合值,搅拌作用,促进离子对流与扩散，并起清洁电,极表面的作用,10,4.1（4）对电极板的改进,目前电解法的发展已经相对完善，,电极,在该技术中起着关键作用，废水的处理效率主要取决于电极选择的合理程度，,以后发展的主要方向,是在电极材料方面的开发和更新。,11,对两种,新型电极,的简单介绍,（1）,掺硼金刚石薄膜(BDD)电极,12,特点：,在强酸介质中其惰性表面仍具备低的吸附特性和强的抗腐蚀性；在水和非水溶液中电解时，都有较宽的电化学势窗，与其他电极材料相比，具有更好的化学、物理性能，表现出潜在的应用优势。,13,BDD薄膜电极在污水处理方面的应用：,难降解焦化水的处理,难降解酚类物质的处理,农药污水的处理,大分子聚合物的处理,NO,3-,的处理,14,（2）活性炭纤维,(ACF),电极,15,特点：,活性炭纤维(ACF)是一种,吸附能力很强,的新型材料，具有比表面积大、吸附性能强、,耐酸碱腐蚀、导电性能良好、电化学特性稳定,等特点，适于用作电解反应器的电极。,16,（,ACF),电极在污水处理方面的应用：,（1）对水中难降解有机物的去除,（2）对含磷、氮废水的去除,17,4.2 催化内电解,18,通,(1)内电解及催化内电解原理,(2)催化内电解处理废水原理,(3)影响催化内电解效果的因素,(4)催化内电解具体工艺的应用,催化内电解,19,通,4.2（1）内电解及催化内电解原理,内电解：,两种具有不同电极电位的金属或,（,金属和非金属,）,相互,接触,或,极为接近,时,，当浸没在导电介质中时，便形成原电池,。,20,通,原电池原理图,酸性,溶液中；,当铁和铜,没有外在导体连接时。,21,通,22,通,酸性,溶液中；,当铁和铜,有外在导体连接时。,原电池原理图,23,通,以,铁碳,内电解为例，其基本电极反应如下：,由于，铁和碳之间存在1.5V的电位差，且污水构成了电解质溶液，所以该系统可构成原电池。,阳极（Fe,）：,Fe-2e Fe,2+,酸性条件下,：,阴极（C,）：,2H,+,+2e H,2,当有氧存在时,（碱性条件下）,，阴极反应如下：,O,2,+4H,+,+4e 2H,2,O,O,2,+2H,2,O+4e 4OH,-,24,通,25,通,26,举,催化内电解：,在内电解的基础上，,（1）将FeC系统改为FeCu系统；,（2）向微电解系统中加入催化剂。,27,一,催化内电解发展的三个阶段,1铁碳,2铁铜,3铁铁镀铜,构成无数微小原电池，对废水进行处理。,增大电位差，使得难生化，含苯环、双键物质降解。,相对于2的优点；,（1）铁、铜接触面积大；（2）经济，节约,28,通,4.2（2）催化内电解处理废水的原理,催化内电解法处理废水主要有,两种目的,：,（1）,利用内电解法直接降解废水中的物质，使废水达标排放；,（2）,是对那些生物难降解的物质，利用催化内电解法进行预处理，提高废水的可生化性,，,为后续处理做准备。,29,反,催化内电解反应机理,（1）还原作用,单质铁的还原性：,金属活动顺序表中排在元素铁后面的,金属离子,可能被铁,置换,出来并沉积在铁表面；,Fe,2+,的还原性：,阳极反应产生的,新生态二价铁离子,具有较强的还原能力，一些氧化性较强的离子或者化合物能被Fe,2+,还原成毒性相对较小的还原态，例如，Cr,6+,在酸性条件下能被Fe,2+,还原Cr,3+,。,30,三,（2）电化学附集作用,当铁与碳或其他杂质之间形成一个个小的原电池时，将在其周围产生许多微电场，废水中稳定的胶体粒子、极性分子和细小分散的污染物受微电场的作用后便会发生电泳，向相反电荷的电极移动，并且聚积在电极上，形成大颗粒而被附集，使废水COD值降低。,31,（3）铁的混凝作用,铁内电解法在处理废水过程中会产生大量的 Fe,2+,和 Fe,3+,，由Fe,3+,水解生的,氢氧化铁胶体,表面带正电荷，是很好的,混凝剂,，能与废水中带相反电荷的一些物质或者电解质发生沉聚作用。在,中性,或者,碱性,条件下，生成,氢氧化铁,及,氢氧化亚铁,能有效的吸附废水中的大分子物质。,32,（4）物理吸附,铁屑、铜屑具有丰富的比表面积，显出较高的表面活性，能吸附多种金属离子，能促进金属的去除。,33,（5）提供浮选动力,产生的微气泡吸附悬浮性物质，并将污染物带到水体表面，加以去除。,34,4.2（3）,影响催化内电解效果的因素,（1）铁碳投加量：,铁碳加入的量越多废水处理效果会越好，但投加量增大会增加后续处理工序的难度，铁碳适宜的投加量为处理废水总量的4%10%。,（2）铁与微量元素的投加比：,催化内电解法中微量元素的投加起着,催化剂,的作用。现在市场上烧结一体化的催化内电解材料中都含有微量元素。由于试验的保密性，具体比例不会说明。,35,触,（3）铁碳比：,含碳量增多会增加原电池的数目，有助于废水的处理，但含碳量过多，反而抑制了原电池的电极反应，更多的表现为碳的吸附作用。,（4）pH值：,催化内电解使用的pH范围广（pH约为3.011.0），不再仅仅局限于酸性废水。,36,类,（5）填料板结：,废铁屑的活性太强，所以，如果废铁屑之间没有东西把他们间隔开来就会相互粘接在一起，形成一个铁疙瘩，就会形成板结。,改进方法：,（1）改用现在市场上流行的铁碳一体化填料；,37,旁,铁碳一体化填料原理：,经过高温冶炼，铁和碳融合为一体，这种铁碳一体式结构呈现出蜂窝状构架，将铁和碳固定分开，这种构架可以有效地防止板结。,38,通,（2）改变系统的结构,改用单元化滤料,用防腐材料做许多个一定尺寸的立体框架，将反应材料和催化剂混合均匀放入框架里，反应一段时间后，取出清理，然后在进行反应。,39,改用填料塔,定期对填料进行反冲洗可以防止板结；,40,其他（个人想法）,41,42,43,44,45,4.2(4)催化内电解具体工艺的应用,催化内电解工艺作为,物化预处理,方法，无论在试验研究还是在生产实践的应用方面，都取得了令人满意的效果。且被广泛地用于处理,含氰,、,含铬,的,电镀废水,、,印染废水,、,染料废水,、,制药废水,、,生活垃圾废水,等等的研究中。具体的如表,1,所示：,46,表 1 微电解的应用的行业,47,催化内电解与其他工艺的联用,(1),微波耦合超声,催化内电解法处理废水工艺,(2),Fe/Cu催化内电解-,Fenton,法联合处理废水,（介绍）,(3),催化铁内电解-,悬浮填料CASS工艺,处理化工废水,(4),催化铁内电解-,生物膜法,处理化工废水,(5),光催化氧化,与内电解法联合处理有机染料废水,(6),内电解混凝,沉淀-厌氧-好氧,工艺处理医药废水,48,工程实例,（,Fe/Cu催化内电解-,Fenton,法联合）,（1）工程简介：,江苏某医药化工厂主导产品为DL一萘普生，该产品主要原辅材料有：萘酚、甲醇、氧化锌、甲苯、新戊二醇、盐酸、片碱等。废水主要来自,酰化、水解,等过程中产生的多股工艺水与,设备冲洗的废水。,（2）水质、水量：,废水量600m,3,/d；水质pH较低在23；有机物浓度高，可生化性差。,COD、BOD,5,平均值为10000mgL和1000mgL，且含有毒性物质，对微生物有一定的抑制作用。,49,（3）废水处理工艺及流程：,工艺采用,微电解,-,芬顿氧化,进行前期,预处理,改变原废水的难生化性及废水中污染物的分子结构，降低盐含量和生物毒性，以利于废水的生物处,理。,并在生化阶段采用“UASB一接触氧化”相结合的工艺实现废水的达标排放，最终形成了,微电解一芬顿氧化一UASB一接触氧化组合工艺,，其工艺流程见图1,。,50,图1 废水处理流程图,51,处理效果,52,处理经费,该工艺处理废水的总投资为,680万元,，一次性投资较高，该系统结构紧凑，操作简单，处理废水为,5.5元/吨,。,53,谢谢！,54,