第七讲 电催化氧化技术

电催化氧化技术原理
电催化氧化技术是一种可以利用电催化产生某种反应物的技术，又称电催化反应技术，属于现代电化学技术的一种，它的本质是利用电催化实现某种反应物的分解转化，从而优化现有的分离、催化、晶体材料等技术及应用，从而实现有效地开发、广泛地应用有价值的化学反应物。

电催化氧化技术的基本原理是在一定的温度和电场作用下，利用电催化将溶液中的有机物分解为离子和气体，其中氧化还原是反应的核心，将有机物转变为离子、气体和水，其中气体由室温蒸发而形成，使得溶液中的有机物的污染物大大减少，可以利用电催化的方式达到一定的净化效果。

现有的电催化氧化技术可以用于处理工业污染物，如有机污染物，含有多种有害物质的污水，以及含汞的废水等。

它利用电催化氧化来处理和净化污染物，使其成分变化，从而得到一种新的可用物质。

它具有低温下可以进行氧化反应、快速分解以及无毒、无味等特点，是目前非常先进的污染物处理技术之一。

电催化氧化技术还可以用来制造新材料，如N-甲基阿伐哌酸甲
酯以及含有硫酸根和氯原子的材料。

在进一步研究中，可以利用电催化氧化技术制造各种类型的分子电极材料，从而实现新的电极材料的生产。

电催化氧化技术的最终目的是为了实现良好的环境保护，减少工业污染物的排放，有效地促进可持续发展，为人类社会带来更多的福
祉。

电催化氧化技术已经被广泛应用于工业污染治理，在现代社会中，它已经成为环境领域的一种重要的技术手段，未来的发展前景非常广阔。

电催化氧化技术是一种具有巨大潜力的技术，在工业应用中也可以用来制造各种新材料，为人们提供更多的创新机会。

在未来的环境保护领域中，它将发挥重要作用，帮助人们为社会建立一个更美好更健康的环境。

电催化氧化的原理及其应用1. 引言电催化氧化是一种利用外加电流促进化学反应的方法。

其原理基于电化学和催化化学的理论，通过电子转移和催化剂的作用，可以实现氧化反应的高效率和选择性。

本文将介绍电催化氧化的基本原理，并讨论其在工业生产和环境保护等方面的应用。

2. 电催化氧化的基本原理电催化氧化是在外加电势的作用下，通过催化剂将氧分子还原为氧根离子，并将底物氧化为高价态化合物的过程。

其基本原理如下：•电子转移：外加电势使催化剂表面产生正电荷和负电荷，形成电子转移的条件。

正电荷吸引氧分子，负电荷接受氧分子中的电子。

•催化作用：催化剂提供活化能降低的反应路径，促进氧根离子通过电子转移参与底物的氧化反应。

3. 电催化氧化的应用电催化氧化在多个领域有着广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：3.1 燃料电池电催化氧化是燃料电池中氧还原反应的关键步骤。

通过催化剂将氧气还原为氧根离子，提供电子给外部电路，实现燃料电池的能量转换。

燃料电池广泛应用于汽车、航空航天等领域，具有高效率、低污染的特点。

3.2 有机合成电催化氧化可被用于有机合成反应中。

通过选择合适的催化剂和反应条件，可以实现氧化反应的高效、高选择性。

例如，将醇氧化为醛、酮或羧酸，合成有机合成中重要的化合物。

3.3 废水处理电催化氧化可用于废水处理中的有机物降解。

通过提供适当的电势和催化剂，实现废水中有机物的氧化反应，降解有机物浓度、减少污染物排放。

电催化氧化技术在工业废水处理、污水处理厂等环境保护领域有重要应用。

3.4 空气净化电催化氧化可用于空气净化中的有害气体去除。

通过使用合适的催化剂和电势，在空气中将有害气体如挥发性有机物（VOCs）氧化为无害的气体，提高空气质量。

3.5 电化学传感器电催化氧化可用于电化学传感器中的底物检测。

通过催化剂促进底物氧化反应，产生电流信号，实现对底物浓度的检测。

电化学传感器在生命科学、环境监测等领域具有重要应用。

4. 结论电催化氧化是一种基于电化学和催化化学原理的效率高、选择性好的氧化方法。

电催化氧化1. 引言电催化氧化是一种利用电化学反应将化学物质氧化的方法。

通过施加外加电势，可以在电极表面产生氧化还原反应，从而实现对物质的氧化。

电催化氧化广泛应用于能源转化、环境保护和化学合成等领域。

本文将对电催化氧化的机理、应用和研究进展进行详细介绍。

2. 电催化氧化的机理电催化氧化是通过电极表面的催化剂催化反应实现的。

催化剂可以提供活性位点，降低反应的活化能，从而加速反应速率。

常用的电催化氧化催化剂包括金属、金属氧化物和有机分子等。

在催化剂的作用下，电子从电极流向催化剂，氧分子被还原成氧阴离子，然后与溶液中的物质发生氧化反应。

3. 电催化氧化的应用3.1 能源转化电催化氧化在能源转化中起到重要的作用。

例如，燃料电池利用电催化氧化将燃料（如氢气）氧化为水，释放出电能。

这种能源转化方式具有高效率、无污染的特点，被广泛应用于交通工具、家庭电力和移动电源等领域。

3.2 环境保护电催化氧化在环境保护中也具有重要意义。

例如，电化学水处理利用电催化氧化将有害物质（如重金属离子、有机污染物）氧化为无害物质，从而实现水的净化。

此外，电催化氧化还可以用于废气处理和废水处理等环境治理技术。

3.3 化学合成电催化氧化在化学合成中也有广泛应用。

例如，电化学合成利用电催化氧化实现有机物的氧化反应，可以替代传统的氧化剂，减少对环境的污染。

此外，电催化氧化还可以用于合成高附加值的有机化合物，提高化学合成的效率。

4. 电催化氧化的研究进展电催化氧化是一个活跃的研究领域，近年来取得了许多重要进展。

以下是一些研究方向的概述：4.1 催化剂设计催化剂的设计是电催化氧化研究的核心问题之一。

研究人员通过调控催化剂的结构和成分，提高催化剂的活性和稳定性。

例如，设计纳米结构的催化剂可以增大催化剂的表面积，提高反应速率。

4.2 反应机理研究了解反应机理对于优化电催化氧化过程至关重要。

研究人员利用表面科学和电化学等手段，揭示了许多电催化氧化反应的机理。

电催化氧化技术原理电催化氧化（electrocatalyticoxidation,ECO）技术是一种可以在不损害环境的情况下将环境污染物分解的技术，它是一种有效的氧化技术，主要用于水处理中的去除有机污染物，尤其是强有机污染物，例如氯代烃和芳香烃类物质，这是因为在氧化分解强有机污染物时，电催化氧化技术比传统的氧化技术，如氯氧化锌、过氧化氢、光照氧化等，都要简单高效。

电催化氧化技术在分解有机污染物的同时，还可以产生少量的二氧化碳，从而减少环境污染。

电催化氧化技术是通过电子传输来实现氧化分解的，使用电子传输来实现氧化反应比通过化学反应更加有效。

在电催化氧化反应中，首先，通过电池连接电氧化池，将电流加热到可以持续氧化反应的温度。

这里所谓的氧化，是指氧化剂将一种物质转化成另外一种物质的过程。

在电催化氧化反应中，氧化剂是氧气，氧气由氧化器通过气体压力的传输进入电氧化池。

在电氧化池内，氧化器将氧气和有机物质混合，形成一个氧化体系，此时，有机物质会被氧气氧化成较小的物质，使有机物质表面分解，从而实现去除有机污染物的目的。

电催化氧化技术的原理需要分解成两个部分：电解过程和氧化过程。

电解过程主要是将电应力转化为热量，热量由电场发出。

这种热量可以催化氧化反应，从而产生电催化氧化。

而氧化过程则是氧化剂将有机物质转化为较小的物质的过程。

另外，氧化剂的性质也起着至关重要的作用，不同的氧化剂具有不同的氧化效果，因此，在选择氧化剂时，需要根据有机物质的性质，合理选择氧化剂。

电催化氧化技术具有很多优势，它不仅可以有效降解有机污染物，而且有效产生二氧化碳，不会引起空气污染。

此外，电催化氧化技术的反应温度可以很低，这使得这种技术在使用上比传统氧化技术更加安全可靠，操作也更方便。

当今，电催化氧化技术已被广泛应用于环境污染物的去除中，从而有效减少环境污染。

不仅如此，电催化氧化技术还可以用于其他领域，如医疗保健和食品加工等，未来还会有更多的应用出现。

电催化氧化电催化氧化是一种利用电流作为催化剂的方法，将化学反应转化为电化学反应的过程。

电催化氧化具有高效、环保、可控性强等优点，在能源转化、环境治理、化学合成等领域具有广泛应用前景。

电催化氧化的基本原理是利用电流通过电解反应，将底物氧化成产物。

在这个过程中，电极上的催化剂起到了关键作用。

催化剂能够降低反应的活化能，提高反应速率，从而实现高效的氧化反应。

常用的电催化催化剂有贵金属、过渡金属氧化物、有机分子等。

电催化氧化具有多种应用。

在能源转化方面，电催化氧化可以用于制备燃料电池的阴极催化剂，提高燃料电池的效率和稳定性。

此外，电催化氧化还可以用于水分解制氢、二氧化碳还原制备燃料等领域，为清洁能源的开发做出贡献。

在环境治理方面，电催化氧化可以用于废水处理和大气污染物净化。

通过调控电极材料和催化剂的选择，可以实现废水中有机物的高效降解和重金属离子的去除。

同时，电催化氧化还可以用于大气中有害气体的转化和去除，例如将二氧化硫转化为硫酸等。

在化学合成方面，电催化氧化可以用于有机合成过程中的氧化反应。

传统的有机合成通常需要使用较高的温度和氧化剂，而电催化氧化可以在较温和的条件下实现氧化反应，避免了副反应的产生，并提高了反应的选择性和收率。

尽管电催化氧化具有许多优势，但在实际应用中仍面临一些挑战。

首先，催化剂的设计和制备仍然是一个复杂的问题，需要考虑催化剂的活性、稳定性和成本等因素。

其次，电催化氧化过程中还存在着电极的失活和催化剂的中毒等问题，需要进一步解决。

此外，电催化氧化的反应机理和动力学仍需要深入研究。

电催化氧化是一种具有广泛应用前景的方法，可以用于能源转化、环境治理和化学合成等领域。

随着催化剂设计和电化学技术的不断发展，电催化氧化将得到更广泛的应用，并为解决能源和环境问题做出重要贡献。

电催化氧化技术电催化氧化技术是一种新兴的环境保护技术，目前在广泛应用于水污染治理和废气处理领域。

电催化氧化既能降低污染物的浓度，又能降低生物的毒性、毒害性，对维护环境起到了重要的作用。

本文就电催化氧化技术的原理、工艺及应用等方面进行介绍。

一、电催化氧化技术原理电催化氧化技术是利用电气场、离子场和化学场相结合的各种物理、化学和生物学作用，实现污染物的氧化和去除的技术。

电催化氧化装置一般由电解池和反应池组成，其原理如图1所示：图1催化氧化技术原理电解池中的电极通过连接线与电源相连，在电解池中形成电场，从而使污染物发生全电的氧化还原反应。

氧池中的氧气则与电极上的离子产生化学反应，形成臭氧和氧自由基，使污染物发生氧化和变质反应。

此外，电极上还可以起到生物学作用，如助长一些菌类的生长。

由此可以看出，电催化氧化技术不仅具有氧化性强、效率高等优点，而且操作简单、安全可靠。

二、电催化氧化技术工艺电催化氧化技术是由一个或多个电极组成的电解池和反应池组成的，其工艺流程如下：（1）处理前的准备首先，应准备好有机物溶液，其浓度应在正常范围内，其次，将溶液灌入电解池和反应池中，然后，将电极安装在池内，最后，连接电极与外部电源，确定电流强度和处理时间，即可进行处理。

（2）处理过程然后，在电解池中会形成电场，电极上极性负离子会吸附有机污染物，使之发生全电氧化还原反应，氧池中的氧气则与电极上的离子发生化学反应，形成臭氧和氧自由基，从而使有机污染物发生氧化和变质反应。

（3）处理后处理完成后，应从电解池和反应池中抽取污染物处理后的溶液，并进行处理结果分析，确定污染物处理结果。

三、电催化氧化技术应用电催化氧化技术是一种新兴的环境保护技术，主要用于水污染治理和废气处理等领域，它不仅能有效降低污染物的浓度，还能降低生物的毒性、毒害性，对维护环境起到了重要的作用。

（1）水污染治理电催化氧化技术可以有效除去水中的有机污染物，不仅可以减少污染物的浓度，而且可以降低污染物的毒害性和毒性，从而达到净化水体的目的。

电催化氧化技术原理
电催化氧化技术概述电催化氧化即指在特定电场作用下产生各种自由活基，将水体中的有机物在电极表面进行分解的过程。

此种活性自由基具有较强的氧化性能，在化工污染水体治理中应用电催化氧化技术时，主要利用此种活性自由基来降解污染水体中的有机物，从而起到治理化工水体污染的作用。

电催化氧化技术治理化工水体污染的原理为通过活性基于废水中含有的有机物产生氧化还原反应，使水中有机物氧化为CO2和H2O或者降解为小分子有机物。

在电解过程中，由于电极材料不同，所产生的作用方式也不同，可主要分为以下两种：一，直接电化学氧化；二，间接电化学氧化。

直接电化学氧化直接电化
学氧化主要是通过阳极与污染物的氧化还原反应来降低水体中的污染物，根据降解程度的不同，可将其划分为两种，分别是电化学燃烧与电化学转化。

电化学燃烧主要是将有机物完全转化为CO2和H2O；电化学转化主要是将有毒物质转化为无毒物质或低毒物质。

间接电化学氧化间接电化学氧化通过借助电化学反应而产生的活性基团来与污染物作用，从而将其转化为无毒物质。

活性基团不仅可作为电子交换的中间体，还可作为专用催化剂，在电化学氧化过程中，活性基团可产生·O2、·OH、HO2·等中间体来氧化水体污染物，以降低水体污染物含量。

此外，在电解过程中，若是存在氯离子，则可产生次氯酸根，从而加快氧化反应。

间接电化学氧化既有中间体氧化作用，又有阳极直接氧化作用，因此，氧化效率可得到有效的提升。

与此同时，这些基团具有较强的活性，一般情况下，所产生的有机物氧化降解反应时不可逆的过程，只有在通电情况下才能产生这些活性基团，电流中断时这些基团便会消失。

电催化氧化降解有机污染物技术研究随着工业化进程和城市化的不断加剧，城市化程度和规模日益扩大，工业污染和城市垃圾对环境造成了严重的污染，严重地危害了生态环境和人类健康。

如何有效地降解与处理有机污染物成为了重要的课题。

电催化氧化技术是一种新兴的处理有机物污染的方法，具有高效降解率、无二次污染的优点，在处理有机污染物具有广阔的应用前景。

一、电催化氧化技术原理电催化氧化技术指的是将电能转化为化学能，通过介电质或催化剂加速有机物氧化处理。

其核心原理为电氧化催化反应：电子在电流作用下流经阴阳极表面的催化剂，使之发生氧化还原反应，产生氧化剂，进而加速有机物氧化分解。

二、电催化氧化技术的应用1. 污水处理电催化氧化技术在污水处理中应用最为广泛。

它可以有效地处理纺织、染料、印染、渗透液、化工废水、医药废水等有机物废水，具有高效、节能、环保的特点。

2. 大气治理电催化氧化技术在大气治理中，主要是通过氧化分解车尾气中的甲烷和一氧化碳等有害气体，减少大气污染。

同时，由于电子在极化过程中的功能，与光催化技术联合使用可提高大气治理效果。

3. 化学工艺电催化氧化技术在化工工艺中应用，可以实现低催化剂使用量的有机物合成和贵金属催化反应的高频次电极化，可应用于新能源汽车电池材料的生产工艺改革。

三、电催化氧化技术研究现状及发展方向1. 催化剂研究电催化氧化技术中，催化剂的性能直接影响到反应的效率和稳定性，因此催化剂的研究一直是学术界和产业界关注的焦点。

目前常见的催化剂有金属氧化物、过渡金属、嵌入式金属等，学者们通过各种方法对催化剂的性质进行了深入的研究。

2. 反应机理研究电催化氧化技术反应机理的明确是提高技术性能以及将技术投入实际应用的关键之一，反应动力学和反应机理的研究已成为学术界关注的方向。

目前，电催化氧化技术反应机理的研究方向主要是电化学与物理化学理论模拟、基于质谱谱学和红外等技术的反应机理研究。

3. 智能化运控平台建设随着科技不断发展，智能化运控平台的建设成为产业发展的重要方向。

电催化氧化技术
电催化氧化技术是一种新型的环境技术，它利用电催化的方法来实现氧化过程。

它可以有效去除有害物质，如有机污染物，氨氮，硫化物等，从而使水质得到有效改善。

电催化氧化技术是由一种称为“电催化剂”的特殊材料制成的装置，它能够将原有的有毒有害物质通过电催化的方式氧化，使其变成无毒无害的物质。

这种技术的优势在于，它可以有效去除有毒有害物质，同时不会产生任何副产物，从而保护环境。

此外，电催化氧化技术的投资成本低，运行成本低，它可以有效使用太阳能，节省能源。

而且，它的运行速度很快，可以在短时间内达到污染物的处理效果，大大提高了处理效率。

电催化氧化技术应用非常广泛，它可以用于原水处理，废水处理，空气净化等方面，用于净化污染环境。

总之，电催化氧化技术是一种具有广泛应用的环境技术，它可以有效去除有毒有害物质，改善环境质量，保护环境。

电催化氧化技术是当前最流行的环境技术之一，它具有较高的投资回报率，可以使用太阳能，节省能源，较快地处理污染物，从而改善环境质量。

电催化氧化技术是将电作为催化剂，以双氧水、氧气、臭氧等作为氧化剂而进行的氧化反应。

催化效率稳定，氧化剂利用率高达95%以上。

高级氧化法
鉴于强氧化剂直接氧化的效率无法稳定达到处理要求，人们不得不寻求更为有效的氧化处理技术以满足需要。

1987年Gaze等人提出了高级氧化法（AdvancedOxidationProcesses,简称AOPs)，它解决了普通氧化法存在的问题，并以其独特的优点越来越引起重视。

高级氧化法最显著的特点是通过某种方式，在氧化体系中产生羟基自由基（·HO）中间体，并以（·HO）为主要氧化剂与有机物发生反应，同时反应中可生成有机自由基或生成有机过氧化自由基继续进行反应，达到将有机物彻底分解或部分分解的目的。

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电催化氧化技术
高级氧化技术种类繁多，电催化氧化是高级氧化的一种形式。

通过电催化氧化体系中产生的羟基自由基（·HO）与臭氧直接氧化相比，羟基自由基的反应速率高出了105倍，不存在选择性，对几乎所有的有机物均能进行反应，故高级氧化的效果稳定，不会随水中的残留有机物的变化而变化，从而为广大的环境工作者所重视。

电催化氧化技术
电催化氧化技术是一种改善空气质量的环境技术，它通过电催化氧化物引发氧化反应，将有害物质氧化为无害物质。

它同时也可以用于去除水中有机物，无机盐以及金属离子。

电催化氧化技术分为固体氧化和液态氧化两大类。

固体氧化电催化：固体氧化电催化主要是将有害物质固定在电催化剂表面上，通过电
解水作用（如氯离子）和气相反应，将有害物质氧化为无害物质。

例如，可以使用钒/硅
氧化物，在电催化剂表面上固定甲硫醚，反应产生的硫酸根离子可以迅速形成氯离子，经
电解水产生的氧只能氧化将甲硫醚转变为甲硫醇和水的反应。

电催化氧化技术可以用于空气净化。

空气中的污染物如烟尘、二氧化硫、氨、硫醇和
硫醚等溶于气体中，可以使用这种电催化技术将它们氧化为无害物质。

此外，电催化氧化
技术还可以有效降低大气中有机污染物，例如苯、醛、甲苯和甲醛等，从而有效改善空气
质量。

同时，电催化氧化技术还可以有容易维护和操作、运行维护成本低的特点。

电催化氧化技术是一种有API機里性的环境与以氧化技术，其成功应用于去除各种有
机物和无机盐，以及改善空气质量。

它的操作和维护成本低，并且拥有高效率和安全保护
的特性，使其具有可行性。

电催化氧化技术降解有机物的机理随着工业化和城市化程度的增加，有机物排放成为了一个全球性的环境问题。

有机物污染不仅会对水体和土壤造成污染，还会对生态系统和人类健康带来潜在风险。

因此，寻找一种高效、环保的方法来降解有机物成为了迫切的需求。

电催化氧化技术作为一种新兴的降解方法，具有潜力广阔。

本文将探讨电催化氧化技术降解有机物的机理。

一、电催化氧化技术简介电催化氧化技术，是利用电化学方法促进氧化反应进行有机物降解的一种技术。

它主要包含两个关键部分：电极和电源。

电极是电催化氧化技术的核心，其中最常用的是氧化铁和钛金属等，它们具有良好的电催化活性和稳定性。

电源提供了电流和电压，以促使电极上的氧化还原反应发生。

通过调节电源参数和氧化剂浓度，可以实现有机物的高效降解。

二、电催化氧化技术的机理电催化氧化技术的机理主要涉及电极表面的氧化还原反应和有机物的降解过程。

1. 氧化还原反应电催化氧化技术的核心是电极表面的氧化还原反应。

当电流通过电极时，电极表面会发生氧化和还原反应，其中氧化反应是从电极表面释放出电子，而还原反应是将电子传递给电极表面。

这些氧化还原反应可以在电极表面形成氧化还原对，例如氧化铁可以形成Fe2+/Fe3+的氧化还原对。

2. 有机物的降解在电催化氧化技术中，有机物可以通过两个途径被降解：直接氧化和间接氧化。

直接氧化是指有机物直接与电极上的氧化剂发生反应，直接被降解为无害物质。

间接氧化是指电极表面的氧化剂先与电极上的电子发生反应，生成一种活性的氧化物质，该氧化物质再与溶液中的有机物反应，最终将有机物降解为无害物质。

三、电催化氧化技术的优势电催化氧化技术相比传统的降解方法具有如下优势：1. 高效性电催化氧化技术利用电极表面的氧化还原反应实现有机物的降解，反应速度快，降解效率高。

同时，由于电催化氧化技术不依赖于微生物等外界因素，因此可以避免传统降解方法中的生物降解过程较慢的问题。

2. 环保性电催化氧化技术不需要添加化学药剂，仅依靠电极和电源即可实现有机物的降解。

工作原理电催化氧化技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物种使污染物发生氧化还原转变，后者被称为间接电化学转换。

直接电化学转化通过阳极氧化可使有机污染物和部分无机污染物转化为无害物质，阴极还原则可从水中去除重金属离子。

这两个过程同时拌生放出H2与O2的副反应，使电流效率降低，但通过电极材料的选择和电位控制可加以防止。

间接电化学转化可利用电化学反应产生的氧化还原剂C使污染物转化为无害物质，这时候C是污染物与电极交换电子的中介体。

C可以是氧化还原媒质催化剂，也可以是电化学产生的短寿命中间物。

由于电化学氧化过程本身的复杂性，不同的研究者针对不同的有机物降解过程提出了不同的氧化机理，但人们普遍认为在电催化体系中有强氧化性的活性物种存在，这些强氧化性物种的存在能够大大提高降解有机污染物的能力，表1列出了部分在电催化体系中可能产生的强氧化性活性物种及其标准还原电极电势。

从表中可以看出，他们都具有相当高的还原电势，因此能够氧化大多数有机污染物。

表1 电催化体系中的强氧化性活性物种及其标准还原电极电势种类标准电位（对甘汞电极SHE）/V强氧化剂种类标准电位（对甘汞电极SHE）/VOH· 2.8H2O2 1.78O2- 2.42HO2 1.70O3 2.07CI 1.36设备优势直接氧化和间接氧化协同作用，氧化能力强，能氧化难降解生化的有机物；在大幅度去除COD的同时，也能有效去除氨氮，同时提高废水的可生化性，大大降低后续处理的负担；对于化工废水COD和氨氮难于达标，用于深度处理可同时去除COD和氨氮，保证系统稳定达标；占地面积小，废水停留时间短，处理过程快，条件温和；可靠性好，电解过程需控制的参数只有电流和电压，易于实现自动控制；不需要外加药剂，不产生二次污染，是典型的“环境友好”型高级氧化技术。

应用范围适用于高浓度难降解化工废水预处理，可直接降解COD和将高分子结构有机物降解为易生物降解的小分子有机物，提高BOD/COD比。