电化学处理大气污染物的现状与展望
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电化学分析技术在环境监测与检测中的应用电化学分析技术是一种基于电化学原理的分析方法,通过测量电化学信号,对待测样品中的成分进行定量或定性分析。
随着环境污染程度的加剧和监测需求的不断增加,电化学分析技术在环境监测与检测中的应用逐渐凸显出其优势。
本文将探讨电化学分析技术在环境监测与检测中的应用,并重点阐述其在水体和大气污染监测中的应用。
一、电化学分析技术在水体监测中的应用水体监测是环境监测的重要组成部分之一,水质的好坏直接关系到人类的健康和生存环境的质量。
电化学分析技术在水体监测中的应用主要体现在以下几个方面:1. pH值测定pH值是评价水体酸碱性的指标之一。
电化学分析技术通过测定电极电势与标准电极电势之间的差值,可以对水体中的pH值进行准确测定。
这种方法不仅快速高效,而且操作简便,因此被广泛应用于水体监测中。
2. 溶解氧测定溶解氧是评价水体中氧含量的重要指标。
电化学分析技术利用电极的氧还原反应来测定水体中的溶解氧浓度。
这种方法具有快速、灵敏度高的特点,可以准确测定水体中的溶解氧浓度,从而评估水体的氧化还原状态。
3. 水体中重金属离子的检测重金属离子是水体污染的主要源之一,其超标会对人类和生态系统造成严重的影响。
电化学分析技术可以通过测定重金属离子与电极之间的电位差,来快速准确地检测水体中重金属离子的浓度。
这种方法具有高灵敏度、高选择性和快速性的特点,可以有效地监测水体中的重金属污染程度。
二、电化学分析技术在大气污染监测中的应用大气污染是当前亟待解决的环境问题之一,严重影响了空气质量和人类的生活环境。
电化学分析技术在大气污染监测中的应用主要体现在以下几个方面:1. VOCs的检测挥发性有机化合物(VOCs)是大气污染的主要成分之一,其具有潜在的毒性和致癌性。
电化学分析技术可以通过测定VOCs与电极之间的电位差,来检测大气中VOCs的浓度。
这种方法具有高选择性和快速性的特点,可以准确地测定大气中VOCs的浓度,为大气污染监测提供重要数据支持。
电化学储能技术的环境影响分析随着全球能源需求的不断增长和可再生能源的普及应用,电化学储能技术作为一种高效、可靠的能源存储方式,备受关注。
然而,我们也需要认识到电化学储能技术在生产、运输和废弃处理等方面可能对环境造成的潜在影响。
本文旨在分析电化学储能技术的环境影响,并提出相应的应对措施。
一、生产环节的环境影响电池是电化学储能技术的核心组件,其中使用的材料例如锂、镍、钴、铋等都是有限资源。
其开采和冶炼过程所产生的尾矿、废水和废气可能对周边环境造成污染。
同时,制造电池也需要消耗大量的能源,这意味着更多的化石燃料燃烧和排放。
为减少生产过程对环境的不良影响,应该采取以下措施:1. 提高材料回收利用率,减少资源的消耗和环境负担;2. 推广可再生能源在生产过程中的使用,减少碳排放;3. 加强生产过程的环境监管和治理,降低污染物排放。
二、运输环节的环境影响电池的运输过程需要大量的能源和物流,同时也伴随着一定的安全风险。
长期以来,燃油车和船舶是主要的货物运输工具,其尾气和渣滓排放对空气和水体造成负面影响。
为降低运输过程对环境的不良影响,可以采取以下措施:1. 推广绿色交通工具,如电动车和电动船,减少尾气排放;2. 优化物流组织,减少能量和资源的浪费;3. 提高运输安全保障措施,减少事故和污染事故的发生。
三、使用阶段的环境影响电化学储能技术在使用阶段主要表现为能源转换和储存的过程。
这些过程本身并不排放污染物,但是与能源供应系统和用户设备的配套使用密切相关。
因此,彻底分析和优化能源转换和储存的系统设计对于减少环境影响至关重要。
以下是减少使用阶段环境影响的建议措施:1. 提高能源转换和储存系统的效率,减少能源损耗;2. 鼓励用户节约用电,减少能源需求;3. 加强对能源系统和用户设备的维护管理,延长使用寿命;4. 推广清洁能源供应,减少化石燃料的使用。
四、废弃处理的环境影响电化学储能技术的废弃处理往往是容易被忽视的环境问题。
电化学技术在环境治理中的应用随着工业化和城市化的快速发展,环境污染问题日益严重。
为解决环境问题,科学家们利用电化学技术在环境治理中发挥了重要作用。
本文将介绍电化学技术在水污染治理、大气污染治理、土壤污染治理和固体废物处理等方面的应用。
一、电化学在水污染治理中的应用1. 电解池技术电解池技术是利用电流通过水中的污染物,使其发生氧化还原反应,从而实现水质净化。
通过调控极板材质、电流强度和电解液成分,可以移除水中的重金属离子、有机物和微生物等污染物。
2. 电化学沉淀技术电化学沉淀技术是利用电生化学反应,通过电化学沉淀剂将水中的污染物转化为不溶于水的絮凝物,从而实现水质净化。
利用此技术可以高效去除含磷废水、含氮废水和有机废水等。
3. 电生化学氧化技术电生化学氧化技术是利用电流或电势使溶解在水中的污染物发生氧化反应,将其转化为无害物质。
此技术可以有效去除有机污染物、微生物和微量有害物质。
二、电化学在大气污染治理中的应用1. 电除尘技术电除尘技术是利用高压电场作用使气态污染物带电,并利用电场力使其沉降到电极上去除。
这种技术可以有效去除烟尘、颗粒物和气态污染物。
2. 电化学脱硝技术电化学脱硝技术是利用电流和电极上的催化剂,在适当的条件下将排放废气中的氮氧化合物还原为氮气。
此技术可以高效降低大气中的氮氧化物排放量。
三、电化学在土壤污染治理中的应用1. 电动力提取技术电动力提取技术利用电动力场的作用,将土壤中的污染物迁移、提取至地下电极,从而实现土壤的清洁和修复。
此技术可以去除土壤中的重金属离子、有机物和放射性物质等。
2. 电渗析技术电渗析技术是利用电流的作用,改变土壤中的离子浓度,促使污染物从土壤中迁移至电极处。
此技术可以高效去除土壤中的有机物、氯离子和硝酸盐等。
四、电化学在固体废物处理中的应用1. 电化学氧化技术电化学氧化技术利用电流引发氧化电位,使固体废物中的有机物和毒性物质发生氧化反应,转化为无害物质。
此技术可以高效降解废弃油、溶剂和塑料等。
电化学脱氮技术的研究进展随着环境污染问题的日益严重,人们越来越关注氮气排放对环境和生态系统造成的影响。
氮气污染源广泛、强度大,尤其是由农业、工业、交通、生活等活动而直接或间接排出的氮气对环境造成的影响更明显。
其中,氮氧化物是人类活动排放的重要物质之一,因此,开发先进的氮气减排技术对于保护环境、维护生态平衡至关重要。
电化学脱氮是一种新兴的氮气污染治理技术,它可以高效地将空气中的氮气转换为无害化的氮气,已成为氮气减排技术的重要分支之一。
下面,我们将从电化学脱氮技术的原理、研究进展及应用前景等方面对其进行探讨。
一、电化学脱氮技术原理电化学脱氮技术是一种基于电化学反应的氮气减排技术,其反应原理是通过将空气中的氮气分解成无害的氮气和氧气。
电化学脱氮技术主要包括两个过程,即还原过程和氧化过程。
就是利用电化学原理将氮气分解成氮气和氧气。
还原过程如下:在还原过程中,因为金属催化剂的存在,氮分子首先吸附在金属催化剂表面,然后接受蓄电池的电子注入,转化成亚胺(NH2)或者氨基自由基(NH)。
氧化过程为:在氧化过程中,上一步形成的亚胺或者氨基自由基将受到蓄电池的Ox化,同时有氧化键NSE形成。
最终,生成的气体将通过气体的分离,达到氮气脱除的目的。
二、电化学脱氮技术的研究进展随着环境保护意识的提高和技术的不断进步,电化学脱氮技术也得到了快速发展。
目前,电化学脱氮技术已经有了很多的改进和优化,可以在不同的条件下实现氮气的高效减排。
以下是一些研究进展:1.金属催化剂的研究金属催化剂是电化学脱氮技术中的重要组成部分,其性质对氮气分解效率有着重要的影响。
目前,研究人员已经针对不同的金属催化剂进行了大量的实验研究,寻找最佳的催化条件。
比如钯金属薄膜可以高效地促进氮气分解反应,而钨钯合金催化剂不仅可以提高反应速率,还可以抑制反应过程中生成的亚胺、氨基自由基等有害物质。
2.电解液体系的研究电解液体系是电化学脱氮过程中的重要组成部分,对反应效率和氮气分解产物的选择也有着重要的影响。
高效电催化还原二氧化碳技术的研究现状及前景随着全球经济和人口的快速增长,二氧化碳的排放量也随之增加,进一步加剧了全球气候变化的情况。
因此,开发可持续的方法来利用或转化CO2是非常关键的。
高效电催化还原二氧化碳技术是一个备受研究的领域,目的在于利用电化学反应将CO2转化为其他高附加值的化学品或燃料,从而将其作为可再生能源的一部分并减少温室气体的排放。
电催化还原二氧化碳的历史可以追溯到19世纪,但现代研究始于20世纪70年代。
当时,M. Bockris等人首先报道了该反应的基本机理和电催化剂的性质,这奠定了进一步研究的基础。
现在,已经有很多电催化剂被发现并用于还原二氧化碳。
这些电催化剂主要通过两种方法来设计:基于过渡金属离子或有机分子的有机金属络合物。
其中,基于过渡金属离子的催化剂效率较高,尤其是一些新型的石墨烯衍生物,其电催化还原二氧化碳的效率甚至可以达到90%以上。
除了电催化剂的设计之外,反应体系的优化也是实现高效电催化还原二氧化碳的关键。
反应条件包括电极催化剂的种类和量、反应的温度、溶液的pH值和电荷转移的速率等。
其中,反应温度是影响反应速率和选择性的关键因素。
目前,酸性和中性反应体系通常在室温下进行,而碱性反应的体系需要提高反应温度以提高催化效率。
此外,使用合适的助催化剂或共催化剂也可以改善反应体系,从而提高反应效率。
尽管高效电催化还原二氧化碳技术有很多的优点,但它仍然面临许多挑战。
电催化剂的稳定性和寿命、缺乏高效的电子传输体系、产物的选择性和纯度、以及大规模的制备问题等都是需要解决的难点。
此外,反应过程中存在的电解液浓度变化和碳纳米管电极的腐蚀问题也需要更多的研究。
因此,未来的研究方向应该集中于设计更高效的电催化剂、改进反应体系以提高产物选择性和纯度,以及研究大规模制备技术。
另外,探索新的CO2转化产物,如甲酸和甲醇等,也应成为研究方向之一。
总之,高效电催化还原二氧化碳技术是一个备受研究的领域,虽然存在许多挑战,但它具有很大的潜力来实现CO2的减排和新能源的发展。
电化学技术在环保中的应用研究随着人们对生态环境保护意识的不断提升,环保技术也在不断发展壮大。
而其中一种被广泛应用于环保技术领域的技术就是电化学技术。
它具有无污染、高效益、易操作、运行费用低等优点,并且可以广泛应用于污水处理、金属电镀、钢铁冶炼、废弃物处理等方面。
本文将为大家介绍电化学技术在环保中的应用研究以及未来的发展趋势。
一、电化学技术简介电化学技术是一种利用电化学反应来实现物质转化或者分离的技术。
相较于传统的化学反应,它的优点在于可以产生与化学反应相同的效果,但是只需要极少量的反应剂,同时无需引入其他的额外化学物质,从而可以实现无污染的环保目标。
常用的电化学技术包括电沉积、电解、电合成、电氧化、电还原等。
其中,电化学水处理技术是目前比较成熟的一种电化学技术,被广泛应用于废水处理领域。
二、电化学技术在污水处理中的应用研究1. 电化学技术用于污水处理的优点电化学技术在污水处理中的应用研究已经有几十年的历史了。
主要是通过电解的方式,将水中的有害物质转化为无害物质,并且可以高效地去除水中的有机物、重金属、氮、磷等污染物质。
与其它传统的污水处理方法相比,电化学技术具有以下几个优点:首先,它能够处理各种类型的废水,包括污水、工业废水等,而且更为适用于难以处理的高浓度废水。
其次,电化学法不需要引入其他化学物质,只需要极少量的电极材料以及电力即可,因此是一种低成本、无污染的可持续的处理方法。
最后,处理后的副产物只有少量的污泥,且其具有较高的资源价值,可以进行深度利用,从而大大减少了处置成本。
2. 电化学技术在污水处理中的效果在电化学技术中,不同的电极材料和电解条件会对处理效果产生影响。
根据现有研究,有些污染物的处理效果可以超过99%,比如色素、有机物和重金属等;而对于一些难以处理的化合物,如硝酸盐、氨氮等,其去除效果也可以达到80%以上。
此外,电化学污水处理也具有具有良好的稳定性和持久性,可以在不同的环境条件下进行长期的应用。
《工业废水电化学处理技术的进展及其发展方向》篇一一、引言随着工业化的快速发展,工业废水排放量日益增加,给环境带来了巨大的压力。
如何有效处理工业废水,减少对环境的污染,已成为当前环境保护领域的重要课题。
电化学处理技术作为一种新型的废水处理方法,因其高效、环保、无二次污染等优点,受到了广泛关注。
本文将就工业废水电化学处理技术的进展及其发展方向进行详细探讨。
二、工业废水电化学处理技术的进展1. 电化学氧化技术电化学氧化技术是一种利用电场作用使废水中的有机物在阳极发生氧化反应,从而达到降解有机物的目的。
该技术具有处理效果好、操作简便等优点,广泛应用于印染、制药、农药等行业的废水处理。
近年来,研究者们通过改进电极材料、优化反应条件等手段,提高了电化学氧化技术的处理效率。
2. 电化学还原技术电化学还原技术是利用阴极的还原作用将废水中的有害物质转化为无害物质。
该技术主要用于处理含有重金属离子的废水,如铬、铜、铅等。
通过改变电解条件,可以有效去除废水中的重金属离子,实现废水的净化。
3. 电凝聚技术电凝聚技术是利用电解过程中产生的胶体微粒吸附和凝聚废水中的悬浮物、胶体物质等,从而实现废水净化的目的。
该技术具有设备简单、操作方便、处理效果好等优点,广泛应用于印染、造纸等行业的废水处理。
三、工业废水电化学处理技术的发展方向1. 研发新型电极材料电极材料是电化学处理技术的关键因素之一。
未来,研发具有高催化活性、长寿命、低成本的新型电极材料将成为电化学处理技术的重要发展方向。
通过改进电极材料的制备工艺和结构,提高其催化性能和稳定性,将有助于提高电化学处理技术的处理效率和降低成本。
2. 优化反应条件优化反应条件是提高电化学处理效果的关键。
未来,研究者们将进一步研究电化学处理过程中的反应机理,通过调整电流密度、pH值、温度等参数,优化反应条件,提高电化学处理技术的处理效率和效果。
3. 组合技术协同作用组合技术协同作用是未来电化学处理技术的发展趋势之一。
电化学技术在环境保护中的应用随着全球环境状况的日益严峻,环境保护及污染物处理问题引起各国政府的高度重视。
电化学技术由于具有环境兼容性高、能量利用率高、可控制、多功能、经济等优点和特性,在环境保护方面发挥着重要作用。
电化学技术处理环境污染物的基本方法电化学氧化。
电化学氧化分为直接氧化和间接氧化两种途经,属于阳极过程。
直接氧化是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质;间接氧化则有能过阳极反应产生具有强氧化作用的中间物质或发生阳极反应之外的中间反应,使被处理污染物氧化,最终转化为无害的物质。
对于阳极直接氧化而言,如反应物浓度过低会导致电化学表面反应受传质步骤限制;对于间接氧化,则不存在这种限制。
电化学还原。
通过阴极还原反应去除环境污染物。
同电化学氧化一样,分为阴极直接还原和间接还原,主要用于氯代烃的脱氢和重金属的回收。
电渗析。
依靠在电场作用下选择性透过膜的独特功能,使离子从一种溶液进入另一种溶液中,达到对离子化污染物的分离和浓缩。
利用电渗析处理金属离子时并不能直接回收到固体金属,但能得到浓缩的盐溶液,并使出水水质得到明显改善。
目前研究最多的是单阳膜电渗析法。
电吸附。
利用电极作为吸附表面,像传统吸附过程一样进行化学物质的回收,可以用来分离水中低浓度的有机物和其他物质。
为了维持较高的吸附特性,一般采用大比表面积的吸附电极。
电凝聚。
电凝聚也叫电浮选,即依靠电场的作用,通过电解装置的电极反应,产生直径很少的气泡,用以吸附系统中直径很小的气泡,用以吸附系统中直径很小的颗粒物质,使之分离;或者在电浮选过程中,选用铝质或铁质的可溶性阳极,利用电解氧化铁屑、铁板、铝板等生成Fe2+、Fe3+或Al3+,再凝聚成Fe(OH)2、Al(OH)3等沉淀物,以实现污染物的分离。
在电凝聚方面的最新技术是采用活性碳纤维铁复合电极对印染与染料废水进行处理的电凝聚技术。
光电化学氧化。
亦称为电助光催化。
通过半导体材料吸收可见光和紫外光的能量,产生“电子-空穴”对,并储存多余的能量,使得半导体粒子能够克服热动力学反应的屏障,作为催化剂使用,进行一些催化反应。
大气工程中电化学催化技术在废气治理中的应用近年来,随着工业化进程的加快和环保意识的增强,大气污染问题已经成为全球范围内亟待解决的严重环境问题之一。
在大气污染治理领域,电化学催化技术作为一种新兴的废气治理技术,正逐渐受到关注和应用。
废气中的有害物质包括硫化物、氮氧化物和有机物等。
传统的废气处理方法包括物理吸附、化学吸收、燃烧等,但这些方法存在着能耗高、废气处理效果差等问题。
而电化学催化技术具有高效、低能耗、无二次污染等优点,因此成为了一种理想的废气治理技术。
电化学催化技术主要通过电化学反应,利用电极表面产生的电电荷与废气中的污染物质发生氧化还原反应,将废气中的有害物质转化为无害物质。
举个例子,催化电极上的阳极表面常用的金属氧化物,如TiO2、SnO2等,通过向催化电极施加特定的电位,使催化电极上产生的电电荷与废气中的硫化物、氮氧化物等发生氧化反应,最终将有害物质转化为无害物质。
在电化学催化技术中,催化剂起着至关重要的作用。
催化剂的选择和制备直接关系到电化学催化技术的废气处理效果。
一种常用的制备催化剂的方法是溶胶-凝胶法。
通过该方法,可以通过溶胶与凝胶的相互作用,控制催化剂的粒径和形貌,提高催化剂的活性和稳定性。
除了催化剂的选择和制备,电极的设计也是电化学催化技术中的一项关键技术。
电极材料的选择和电极结构的设计,直接影响到电极表面的活性和稳定性。
通常,电化学催化技术中常用的电极材料包括碳材料、金属材料和氧化物材料等。
电极的结构也值得关注,如纳米结构的电极能够增加活性位点的暴露,提高电化学催化反应的效率。
除了对单一污染物的处理,电化学催化技术还可以同时处理多种污染物。
例如,一种常用的方法是通过将多个催化电极连接在一起,构建多级废气处理系统。
每个催化电极具有不同的催化功能,能够同时处理多种污染物。
这种多级废气处理系统不仅能够高效处理废气,还有利于废气中有害物质的彻底转化,以达到更严格的环境排放标准。
电化学催化技术在废气治理中的应用前景广阔。
电子化学技术的发展现状与未来趋势近年来,随着科技的进步和社会的发展,电子化学技术在各个领域得到了广泛的应用。
电子化学技术是指利用电子学和化学相结合的方法,研究和应用电子现象在化学过程中的作用。
它不仅可以帮助我们更好地理解化学反应和过程,还能够开发出更高效、环保的化学反应和材料。
电子化学技术的发展取得了显著的成果。
首先,电子化学技术在能源领域的应用已经取得了巨大的突破。
例如,通过电化学方法可以将太阳能转化为化学能储存,进而用于电力供应。
此外,电子化学技术还可以用于制备高效的催化剂,用于燃料电池、水分解等能源转化过程。
这些技术的应用使得清洁能源的开发和利用成为可能。
其次,电子化学技术在环境保护方面发挥了重要作用。
电解法是一种环保的水处理技术,可以通过电化学方法将废水中的有毒物质转化为无害的物质。
此外,电子化学技术还可以用于大气污染物的去除和废弃物的处理。
这些技术的应用有助于减少环境污染,保护生态环境。
此外,电子化学技术在生物医学领域也得到了广泛应用。
通过电化学方法,可以制备出高灵敏度的生物传感器,用于检测生物标志物和疾病诊断。
此外,电子化学技术还可以用于药物的传递和释放,以及组织工程和再生医学的研究。
这些技术的应用极大地推动了生物医学领域的发展。
未来,电子化学技术仍然有着广阔的发展空间。
首先,电子化学技术可以结合人工智能和大数据技术,实现化学研究和生产的智能化。
通过对大量实验数据的分析和挖掘,可以发现新的反应路径和催化剂设计规则。
这将极大地提高化学研究的效率。
其次,电子化学技术可以通过纳米技术的应用,进一步提高电化学反应的效率和特异性。
目前,电化学反应主要依赖于电极表面的活性位点。
通过纳米化技术,可以制备出高度分散的纳米触媒,提高电化学反应的速率和选择性。
这将有助于开发出更高性能的电化学设备。
另外,电子化学技术还可以结合材料科学和能源科学的研究,推动新能源材料和器件的开发。
例如,通过电化学沉积技术可以制备出高性能、可重复使用的电池材料和超级电容器材料。
电化学处理大气污染物的现状与展望摘要:对电化学技术在处理大气污染物治理中的应用现状与展望进行了综述,主要从电化学烟气脱硫技术、电化学反应器去除氮氧化物废气、电化学法处理挥发性有机废气(VOCs)、电催化氧化降解大气中甲醛四个方面进行了论述,同时总结了电化学处理大气污染物过程中的问题及展望。
关键词:电化学、二氧化硫、硫化氢、甲醛、氮氧化物前言:由于目前对工业中排放的有毒废气的控制指标越来越严格,寻找新的、更有效的除去废气的技术已日益受到重视。
大型火力发电厂普遍使用常规的湿法和干法来除去SO2和NOx,但对那些不是连续操作的小型加热燃烧器,化工厂或含尘量非常高的废气来说,这两种常规方法并不是很适用。
例如玻璃厂、水泥厂、金属热处理与表面加工过程,硝酸的生产或矿物油的精炼等过程排放的废气的处理。
这种状况促使人们从电化学的角度研究气体纯化的新技术,以替代通常的化学法[1]。
电化学技术利用外加电场的作用,在特定的电化学反应器内,通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程,达到预期设计的目的和效果。
它使用电子这一无毒、无害且价格低廉的强氧化还原剂,可以很方便地通过控制电极电势,实现物质的氧化或还原。
一方面,电化学技术可用于工业产品的生产,是一种基本上对环境无污染的“环境友好”技术;另一方面,应用电化学技术治理环境污染,通过氧化还原反应去除环境污染物,对环境起间接保护作用,在国内外都受到广泛重视[2-4]。
气态污染物的电化学净化电化学方法去除气态污染物包含两个步骤:首先通过吸附或吸收过程将气态污染物转移到液相(多为水溶液),然后用电化学还原或氧化将其转化为无害物质[5] 。
1 电化学脱硫技术1.1碱液吸收法碱液吸收法是先通过碱性吸收液吸收酸性的SO2,再用电解池将亚硫酸根离子还原转化为连二硫酸根,一般所用的碱液是NaOH。
吸收SO2形成NaHSO3和Na2SO3,其反应如下:SO2(g)+NaOH→NaHSO3SO2(g)+2NaOH→Na2SO3+2H2O保持SO2气体连续不断地通入溶液能使形成的产物以NaHSO3为主。
在溶液pH值为4~7之间时HSO-3在铅阴极上被电解还原为S2O42-:2HSO-3+2H++2e→S2O42-+2H2从资源优势上说将NaHSO3转化为Na2S2O4在经济上是可行的,后者俗称保险粉,广泛应用于染料、印染、造纸、食品工业以及医学上。
这正是该法的优点之一。
此外,该法所需的反应器结构简单,初期的资金投资小。
但是这种方法存在反应不够稳定的缺点。
反应需要消耗大量的NaOH溶液,这在工业过程中会增加成本。
这种技术是最初的电化学脱硫技术之一,现在在实际中已经很少应用。
后人在这一方法的基础上已经开发出了一些新的更加有效的方法。
1.2 Cu/Cu2O/Cu2+催化电化学脱硫由于SO2能在有水和铜存在的条件下和O2发生氧化反应而产生铜腐蚀和生产硫酸。
于是G.Kreysa等人[6]利用这一原理设计了一种新的电化学-催化过程。
在这一过程中,一部分SO2在催化过程中被消耗同时铜腐蚀产生硫酸铜,还有一部分在电极过程被氧化,同时电解质溶液中的铜在阴极反应区沉积下来。
这样催化过程中消耗的铜在阴极反应中得到再生。
这种方法对比采用阴极产生氢气的电化学方法要节省电解池的能耗。
这种方法采用的是一个三室反应器),中间室作为一个电化学吸收柱,里面充满了石墨分子,阳极电解液和含二氧化硫烟气同向流入中间室,在这里,自始至终SO2的氧化反应都在发生。
中心室的两旁是偏室,它们和中间室之间用隔膜或离子交换膜分隔开来,里面充满了铜分子。
这些铜是用来作为电子的提供者。
其中一个偏室用作阴极,铜离子从含硫酸铜的电解质溶液中析出;另一个用做催化氧化的吸收柱,这里分子铜在催化氧化时被消耗。
这意味着金属铜从催化氧化吸收室中转移到了阴极室中,在操作一段时间后,两个偏室的作用交换。
其中的反应如下。
总的电化学反应:CuSO4+SO2+2H2O→Cu+2H2SO4阳极:SO2+2H2O→H2SO4+2H++2e阴极:CuSO4+2e→Cu+SO42-对于催化氧化,热力学理论认为铜分子首先被氧化为氧化亚铜:4Cu+O2→2Cu2O下一步的反应有两种可能:其一为:Cu2O+2SO2+H2O→2Cu+H2SO4其二为:Cu2O+H2SO4→Cu+CuSO4+H2O假设所有的氧化亚铜被以上两个反应同时消耗,合起来的反应为:2SO2+(n+1)O2+2nCu→2nCuSO4+(1-n)H2SO4+(n-1)H2O这种方法的特别之处在于它由一个电化学二氧化硫氧化和一个催化氧化二氧化硫的反应平行组成,较之其他的方法,这种方法用一个铜的沉积作阴极反应,因而能导致电解池工作电压下降,且仅一部分二氧化硫必须电化学氧化。
试验还表明,在石墨电极中,在低浓度水平下,SO2的电化学氧化有较高的电流效率。
同时铜的沉积效率在有SO2存在的条件下不会下降。
整个过程中SO2的能量消耗可以通过控制浓度和温度来改变。
目前这种方法的可行性研究已经完成,但是关于在规模条件下的应用情况以及如何优化整个处理流程则需要更多的研究。
这种方法是由欧共体的Ispra联合研究中心首先提出来的[7],该法使用Br2来作为二氧化硫间接电化学氧化的介质,介质的电化学再生在独立的电解池中完成。
其反应器称为JBR吸收反应器,首先溴溶液在JBR吸收反应器中吸收烟气中的二氧化硫得到溴化氢和硫酸混合液,该混合液一部分经过浓缩器与140~180℃的烟气相混合吸收热量,使混合液中的溴化氢和水得到充分的挥发,随着烟气返回JBR吸收反应器,被吸收液固定下来,浓缩器中即可得到高浓度的硫酸;同时电解液流经电解池在一定的电解电压电流密度下电解得到单质溴和氢,一定浓度的溴溶液重新返回JBR吸收反应器,使吸收器中的溴溶液保持一定的浓度范围,有效地吸收烟气中的二氧化硫,如此往复循环,而烟气经过脱硫后再经除雾器除去其中的酸性雾滴,使之得到进一步的净化再排入大气,其反应方程如下:氧化吸收反应式为:Br2+SO2+2H2O→2HBr+H2SO4电化学反应方程式为:2HBr+2e→H2+Br2该方法除二氧化硫不仅能够得到较纯净的浓硫酸而且能够得到非常高的脱硫率。
其脱硫率主要受电解液、吸收液特征的影响,电解液温度在60℃可以得到最好的电流密度,溶液的酸度越大,溴化氢的电解效率越高,对反应越有利。
使用该法不产生废水和废渣,可以避免其他的干法、湿法等脱硫技术所带来的二次污染问题。
国内的李晓暄[8]等人对该法进行了改进,用电解电位较低的I2/I-代替Br2/Br-,结果发现在节省近一半的电量的情况下依然可以达到95%的脱硫率。
1.3 用气体扩散电极直接氧化二氧化硫在贵金属及其氧化物的电极或石墨电极上对SO2的电化学氧化及其机理进行了大量的研究[9~10],在Pt电极上的电化学氧化研究表明其可能的机理为两步:首先是在低的阳极极化下直接的电子转移过程,接着是在高的阳极极化下表面金属氧化物对SO2的氧化作用,Rsdjushina等[11]进行了用双-苯并四氮杂奥钴(CoTAA)催化的模型碳气体扩散电极(g.d.e.)电化学氧化低浓度SO2的研究。
结果表明在2~20 mol·dm-3H2SO4溶液中,氧化反应的级数接近l,SO2的电化学氧化反应为:SO2+2H2O→H2SO4+2H++2e进一步对SO2气体在经钴的螫合物催化了的碳的气体扩散电极上的氧化反应研究发现[8],这类电极具有自好的电化学特性,但其最大的缺点是它们对SO2气体具有相当高的渗透性,为解决这一问题Nikolov等[11]用酞菁钴(CoPc)对碳气体扩散电极进行了修饰,并在SO2气体中混合空气则可以解决在SO2的电氧化过程中产生SO2向电解质溶液的渗透现象。
电解装置见图3,其中对电极用碳化钨(WC)制成,电解均于室温下进行。
结果表明在SO2与空气的混合气体中SO2的体积分数在1%以下时,SO2可以100%地被氧化,即使电解纯的SO2气体,SO2的电解氧化程度也可达到约77%。
此外Nikolov等还建立了氧化反应速率与SO2在空气中的体积分数浓度(上限为0。
3%)之间的直线关系。
2.电化学去除氮氧化物技术NOx废气常见治理方法通常有改进干法和湿法两种,干法包括催化还原法、非催化还原法、吸附法和等离子法等[12-15],湿法包括各种溶液吸收、包括氧化吸收、液相还原吸收和络合吸收等[16]。
碱液吸收去除率较高,但吸收过程受到化学平衡控制,且吸收液不能循环使用,易形成二次污染,对NO为主的废气吸收效率较低。
研究采用一种新的电极反应器处理NOx有害废气。
该处理工艺是把被处理气体导入有多对网状电极叠加的电解反应器,在板电极上加电流后,电极表面发生电化学反应,产生了具有强氧化性的HO·,O2·等自由基和H2O2,这些强氧化性物质与NO发生化学反应,最终把NO转化为易吸收的物质,达到净化气体的目的。
高林等人[17]采用电化学反应器对去除NO废气进行了实验研究,反应器由5对网状电极叠加组成,极板间距为50 mm。
吸收液为氯化钠溶液,模拟NO废气由标准质量浓度混合气提供。
实验考察了电流密度、气体在反应器内的停留时间等因素对NO去除率的影响。
研究表明:采用电化学反应器对去除NO废气实验,NO在反应器中有一定的去除效果。
当电流密度在0.08 A/cm2和气体流量为2 000 mL/min时,对质量浓度为674 mg/m3NO废气的去除率超过50%。
实验发现提高电流密度降低吸收液的pH值可以促进NO的去除,选取氯化钠溶液作为吸收液,其处理效果明显强于硫酸钠溶液,主要是吸收液在电解情况下会有氯气产生,溶于水生成氧化性极强的次氯酸。
吸收液的pH值会随着电解进行而降低,大约2 h后趋于稳定,稳定在2.5左右。
参考文献[1]易清风,赵红钢.电化学法去除SO2/NOx的研究进展[J].环境污染治理技术与设备.2000,1(6):48-52[2]Cloud R A.Thermal Treatment for VOC Control [J].ChemicalEngineering, 1998,1 05(7):116-119[3]MoeW M,Qi B.Performance of a Fungal Biofilter Treating Gas-Phase Solvent Mi xtures During Intermittent Loading[J].WaterResearch,2004,38(9):2259-2268 [4] Soba cchiM G,SavelievA V,Fridman A A et al. Experimental Assessment of PulsedCorona Discharge for Treatment of VOC Emissions[J].Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2003,23(2):347-370[5]李青,周雍茂.环境污染物的电化学处理技术[J].江苏化工.2002,30(6):47-55[6] G. Kreysa, J. M. Bisang, W. Kochanek, G. Linzbach. Appl. Electrochem[J]. Chemi cal Engineering 1985(15),639[7]D.van.Velzen, ngenkamp, A. Moryoussef.HBr electrolysis in the Ispra Mark 13A flue[J]. Appl. Elec-trochem. 1990 (20):60[8]李晓暄,居明.电化学在环境工程中的应用[J].环境工程.2000(18):30[9] E. A Radjushkina, I. D. trarsevich, et al, Elec-trochimjia[J] Chemical Engineering 1982, 17(10):1312[10]K. Petrov, Iv. Nikolov, T. Vitanov.Int,Hydro-gen Energy[J].Chemical Engineering 1984, 9(11):901[11] I. Nikolov, K. Petrov, T. Vitanov, J. Appl. Electrochem[J]. Chemical Engineering 1996,(26):703[12]董志权,莫建红.催化氧化法去除烟气中NOx的研究进展[J].化工环保,2007,27(3):193-196[13]张琳,张秀玲,代斌,等.催化脱除大气污染物NOx研究进展[J].低温与特气,2000,21(4):97-101[14]ANDREW M.An overviews of semiconductor photo-catalysis[J].Journal of Phot ochemistry and Photobiology in Chemistry,1997,22(1):108-131[15] 魏恩宗,林赫,高翔,等.燃煤锅炉烟气NOx污染等离子体治理技术[J].环境污染治理技术与设备,2003,4(1):58-62[16]许佩瑶,李海宗,吴扬,等.烟气脱氮技术机理及研究现状[J].环境污染与防治,2005,7(4):57-61[17]高林,黄立维,王植盈,等.电化学反应器去除氮氧化物废气实验研究[J].浙江工业大学学报,2010,38(4):380-383。