一種新型的電催化氧化過程供電模式
目前,電催化過程的很大缺陷在於電流效率低和比能耗高。除了電極,電流參數和反應係統外,供電方式對於優化電化學氧化也具有重要意義。傳統的電源模式包括恒壓模式,恒流模式和脈衝模式。基於限製電流密度的概念,本文提出了一種線性衰減電源模式,並建立了三種不同的應用模式。這種新穎的電源模式是使輸入到電催化係統中的電流在反應時間內連續衰減,這是通過計算機控製的可編程直流電源進行模擬的。酸性紅G,苯酚,愈創木酚,以汙水處理廠的水楊酸和實際水樣為目標有機物,並通過電化學氧化實驗,根據變化的評價參數,比較了三種線性衰減模式和傳統恒流模式的優缺點。
在電催化氧化降解過程中,反應初期溶液中有機物濃度較大,此時輸入較高電流密度可促進陽極表麵產生較多·OH並得以高效利用;隨著反應的進行,有機物分子逐漸被氧化降解,濃度逐漸降低,如果采用恒流模式或脈衝恒流模式持續輸入較高電流密度,那麽反應進行到一段時間後,會出現·OH產率遠高於利用率,造成能量的過度消耗(副反應增加)。
針對此問題,雷佳妮等提出以線性衰減供電模式進行電催化氧化降解。當保證整個反應過程輸入電量一致時,相比於恒流模式,很優條件的直接線性衰減模式(60-0,即電流密度初始值為60 mA·cm-2,經120min勻速衰減至0mA·cm-2)可將COD去除率由42.82%提升至58.50%,將TOC去除率由39.21%提升至49.25%,並使得平均電流效率增加1.22倍,能耗降低1.36倍;很優條件的“恒流-線性衰減”模式(60-60-0,即以電流密度60 mA·cm-2恒流電解40min後,經80min勻速衰減至0 mA·cm-2)可將COD去除率由43.20%提升至56.10%,將TOC去除率由32.60%提升至46.91%,並使得平均電流效率增加1.37倍,能耗降低1.33倍。上述數據表明兩種形式的線性衰減模式下的降解性能均優於恒流模式。此結論對苯酚、愈創木酚、水楊酸以及實際有機物廢水具有普適性。
實驗結果表明,與恒定電流模式相比,模式I(相同的初始電流密度,不同的衰減率)獲得了更高的平均電流效率和更低的單位能耗,從而實現了等效的降級性能。然而,模式I的脫色率和COD去除率低於傳統的恒定電流模式。模式II(直接線性衰減)和模式III(線性衰減之前的恒定電流)在脫色率,COD去除率,平均電流效率,比能耗和這些結果在不同的有機物廢水樣品和實際廢水樣品中得到了進一步驗證。對於實際的廢水樣品處理,模式II的實驗平均電流效率和比能耗(6.96%,0.237 kWh·gCOD-1),模式III(8.89%,0.209 kWh·gCOD -1)和傳統的恒流模式(5.18%,0.343 kWh·gCOD -1)表明,在實際工程中,可以實現更佳的電流效率和更低的能耗通過模式II和模式III在傳統的恒定電流模式下實現。這些證明了新提出的線性衰減模式(特別是模式III)可以有效地提高電化學氧化過程的電流效率並降低比能耗。
全文鏈接:www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214714420301847