Всеобъемлющее толкование "метода электролитической окисления электрода BDD"

01

Обзор концепции

BDD electrode electrolytic oxidation is an advanced water treatment technology that uses "boron-doped diamond (BDD) electrode material" (considered to be an ideal electrochemical oxidation anode material - see the following description) to degrade organic pollutants in waterЭтот метод имеет преимущества высокой эффективности, защиты окружающей среды и отсутствия необходимости добавления химических реагентов.Электрод BDD может прямо или косвенно окислять органическое вещество в воде в нетоксичные и безвредные неорганические вещества (такие как углекислый газ и вода)Эта технология особенно подходит для обработки и разложения высокорисковых органических сточных вод, таких как промышленные сточные воды из фармацевтических, пестицидных, нефтехимических, коксовых,и литийные батареиЭтот тип органических сточных вод характеризуется высокой концентрацией, сложным составом, высоким хромом, высокой токсичностью, стабильными химическими свойствами, сложным биоразложением,и длительность.

(дополнительное объяснение):

1. Электрохимические характеристики окисления электрода BDD

Электрод BDD - это новый тип эффективного многофункционального электрода..

1 Широкое окно электрохимического потенциала и высокий потенциал эволюции кислорода: чем шире окно потенциала (чем выше потенциал эволюции кислорода),чем труднее реакция на кислородную эволюцию, и тем больше вероятность окисления органических загрязнителей на аноде, что повышает эффективность очистки сточных вод и снижает потребление энергии;

2 Низкий фонный ток и двойная емкость слоя: алмазные электроды полезны для обнаружения следов загрязняющих веществ в электролитах;

3Стабильная электрохимическая производительность и коррозионная стойкость: электрод BDD все еще может поддерживать хорошую стабильность и активность электрода в кислотных, нейтральных и щелочных условиях;

4 Нелегко загрязняется, с функцией самоочистки: поверхность электрода BDD нелегко загрязняется "отравлением", и производительность электрода сохраняется.Потому что "реактором" электрохимического окисления является электрон, который является чистым реагентом, и окислитель не должен быть добавлен в этом процессе, нет вторичного загрязнения.

Можно сказать, что именно из-за этих характеристик производительности электрод BDD является основой для выбора идеальных материалов электродов.Для того, чтобы обеспечить идеальное отображение электрохимических свойств электрода BDD, выбор материала и подготовка электрода BDD являются особенно важными, и поэтому в последние годы они стали горячей точкой исследований.

2. Подготовка электрода BDD

Химическое отложение паров (CVD) является одним из распространенных методов синтеза алмаза.так что атомы бора входят в алмазную решетку, чтобы заменить некоторые атомы углерода и стать акцепторными центрамиВ то же время в решетке образуются носители отверстий, позволяющие электронам свободно перемещаться в решетке, и алмаз превращается в полупроводник p-типа.Электрод BDD может быть подготовлен путем отложения бородопированного алмаза на субстрат фиксированной формыВ настоящее время метод CVD является самым зрелым методом для подготовки электродов BDD. Таблица 3 показывает сравнение и применение методов синтеза CVD для обычных электродов BDD.,метод CVD с горячим проводом в настоящее время является наиболее зрелым и широко используемым методом для подготовки электродов BDD и с помощью разумного расположения горячего провода,можно легко получить крупногабаритные промышленные продукты, который имеет потенциал для промышленного применения.

3. Выбор электрода ¢BDD

Выбор подходящего электрода BDD требует всестороннего рассмотрения таких факторов, как область применения, размер электрода, материал электрода и процесс подготовки электрода.

1 Области применения: различные области применения имеют различные требования к электродам BDD. Например, в электрохимической очистке воды,Электроды BDD должны иметь стабильные химические свойства поверхности., отличные электрохимические каталитические характеристики, сильная коррозионная стойкость и широкое окно потенциала.

2Размер электрода: выберите BDD-электрод соответствующего размера в соответствии с сценарием применения.

3Материал электрода: при выборе материалов электрода необходимо учитывать такие факторы, как проводимость, химическая стабильность и коррозионная стойкость.а также степень соответствия между материалом электрода и сценарием применения.

4Процесс подготовки электрода: различные процессы подготовки электрода влияют на производительность электрода,Поэтому необходимо выбрать подходящий процесс подготовки для получения высококачественных электродов BDD..

02

принцип работы

Электрохимическое окисление - это процесс, в котором электрохимическая реакция происходит путем контроля таких условий, как напряжение или ток под воздействием
В результате происходит уменьшение содержания органических загрязнителей в воде, или прямое минерализация.Пленочный электрод BDD окисляет органическое вещество на CO2 и некоторые простые неорганические вещества, тем самым уменьшая потребности органического вещества в химическом кислороде.Электрод BDD может образовывать слой гидроксильных радикалов с сильными окислительными свойствами на поверхности электрода, который оказывает сильное окислительное действие на органические сточные воды, которые трудно разлагаются, такие как фенолы, гетероциклики, красители, пестициды и поверхностно-активные вещества.который может полностью минерализировать органическое вещество.

03

химическая реакция

Реакции в методе электролитического окисления в основном включают электролитическую реакцию и окислительную реакцию.Электрод BDD генерирует окислительные группы на поверхности электрода путем применения определенного потенциала, такие как гидроксильные радикалы (OH-), сульфатные радикалы, супероксидные радикалы и т. Д. Эти ионы превращают органическое вещество в безвредные вещества, такие как углекислый газ и вода, посредством окислительных реакций.Процесс специфической реакции включает такие этапы, как адсорбция органического вещества., передачи электронов и окисления, и в конечном итоге достигает разложения и удаления органического вещества.

(дополнительное объяснение):

1Влияние времени реакции на окислительную способность электрода BDD

В методе BDD электрода электролитического окисления длина времени реакции влияет на процесс окисления реакции и генерации продукта на поверхности электрода.Более длительное время реакции может позволить реагентам на поверхности электрода более полностью окислитьсяОднако слишком длительное время реакции также может привести к возникновению побочных реакций, потреблению слишком большого количества электроэнергии и снижению эффективности.

Поэтому необходимо определить наиболее подходящее время реакции в зависимости от конкретной системы реакции и целевого вещества.экспериментальные исследования могут быть использованы для оценки влияния разных времен реакции на способность к окислению и определения оптимального диапазона времени реакции.

Рисунок 7 Электрод BDD в растворе H2SO4 1 моль/л для различных времен электролиза

Влияние разложения РБ-19 и изменение угла намокания поверхности

2Если реакция электролитического окисления электрода BDD проводится слишком долго, могут возникнуть возможные побочные реакции.

1 Осаждение кислорода: во время процесса электролиза чрезмерно длительное время реакции может привести к осаждению кислорода на поверхности электрода,уменьшая эффективность электролиза и, возможно, оказывая неблагоприятное воздействие на поверхность электрода.

2 Разложение продукта: некоторые продукты электролиза могут разлагаться или трансформироваться в течение чрезмерно длительного времени реакции, что приводит к нестабильности продукта или снижению эффективности.

3 Увеличение потребления энергии: чрезмерно длительное время реакции приведет к потере энергии и увеличению стоимости процесса электролиза.

Специфические побочные реакции зависят от таких факторов, как реакционная система, состав электролитов и условия работы.эффективность и стабильность электролитического окисления могут быть улучшены путем оптимизации условий реакции, контролируя время реакции и выбирая подходящие материалы электродов.

04

Состав процесса

Структура процесса метода электролитического окисления электрода BDD в основном включает в себя: источник питания, электролитическую ячейку, электрод BDD, катод и устройство обработки выхлопных газов.

Источник питания является ключевой частью обеспечения электрической энергии, обеспечивая требуемое напряжение и ток для электродов в электролизаторе.В соответствии с различными требованиями обработки и сценариями применения, можно выбрать соответствующие значения питания и напряжения и тока.

Электролитическая ячейка - это емкость для электролитической реакции, обычно изготовленная из коррозионно-устойчивых и хорошо изолирующих материалов.Электрод BDD используется в качестве анода и подключен к катоду через источник питанияВо время процесса электролиза между анодом и катодом создается электрическое поле, способствующее миграции ионов и окислительной реакции.

Устройство для обработки хвостовых газов - это устройство для обработки хвостовых газов, полученных в процессе электролиза, которое обычно включает в себя абсорбцию, адсорбцию, сжигание и другие методы.Согласно различным компонентам отработавших газов и стандартам выбросов, выберите подходящий метод обработки отработавших газов.

(Дополнительное объяснение: Требования к питанию"электролизатор"

Электролитическая ячейка обычно состоит из электродных пластин, электролита и жидких входов и выходов.

При строительстве электролитической ячейки необходимо учитывать коррозионную устойчивость оборудования, проводимость, безопасность, энергосбережение и защиту окружающей среды.Материал электролитической ячейки имеет хорошую коррозионную стойкость и компактную конструкциюВ то же время он использует эффективную и энергосберегающую систему питания и управления для снижения потребления энергии и выбросов, отвечая требованиям охраны окружающей среды.

Метод BDD электрода электролитического окисления имеет высокие требования к источнику питания, в основном включая: диапазон напряжения должен быть способен удовлетворить потребности процесса электролиза;стабильность питания должна быть хорошей для обеспечения стабильности процесса электролиза.; эффективность электроснабжения должна быть высокой, чтобы снизить потребление энергии и выбросы; безопасность электроснабжения должна соответствовать соответствующим стандартам и т.д.Всесторонняя гарантия эффекта обработки и стабильности работы оборудования.

05

Тип электролита

Кислые электролиты обычно используют сильные кислотные растворы, такие как серная кислота и перхлориновая кислота, которые имеют хорошую проводимость и окислимость, но вызывают коррозию электродов и оборудования.

Нейтральными электролитами могут быть растворы, такие как хлорид натрия и сульфат, которые имеют значение pH, близкое к нейтральному, и могут уменьшить коррозию электродов и оборудования.но имеют относительно плохую проводимость.

Алкальные электролиты могут быть сильными щелочными растворами, такими как гидроксид калия и гидроксид натрия, которые имеют хорошую проводимость, но будут вызывать коррозию электродов и оборудования.

В зависимости от конкретных требований к применению, также можно выбрать другие типы электролитов, такие как фторсодержащие электролиты, хлорсодержащие электролиты и т. д. Короче говоря,при выборе электролитов должны всесторонне учитываться такие факторы, как конкретные сценарии применения, потребности в обработке и экономические издержки.

06

Шаги процесса

1Приготовьте смешанный раствор: сначала приготовьте смешанный раствор, содержащий целевой загрязнитель.

2. Регулировать значение pH: Используйте кислоту или щелочи для регулирования значения pH раствора в оптимальном диапазоне для оптимизации процесса электролиза и повышения эффективности обработки.

3. Электролиз: поместите электрод BDD в раствор и выполните электролиз через постоянный источник питания.Электрод BDD окисляет органическое вещество в безвредные вещества путем прямого окисления на поверхности электродной пластины или производит промежуточные продукты с высокой способностью к окислению, такие как супероксид, гидроксильный радикал, гипохлорит и т. д.

4Обработка хвостовых газов: некоторые хвостовые газы, такие как хлор и диоксид серы, будут вырабатываться во время процесса электролиза.который должен быть должным образом обработан, чтобы избежать ущерба для окружающей среды и операторов.

5Чистка и обслуживание: после электролиза необходимо очистить осадки и примеси на поверхности электрода, чтобы сохранить активность и стабильность электрода.

6. Запись и данные процесса: Запись соответствующих данных во время процесса обработки, таких как ток, напряжение, время обработки, значение pH и т. д., и анализировать и обрабатывать их по мере необходимости.

(Дополнительное объяснение: метод окисления электродом BDD можно сопоставить с процессом)

1 Способ коагуляции и осаждения: добавлением коагулянтов, суспензий и коллоидных веществ в сточных водах образуются флаконы,которые затем отделяются осаждением в резервуаре осажденияЭтот метод может эффективно удалять суспендированные вещества и коллоидные вещества из сточных вод и уменьшать сложность последующей обработки.

2 Усовершенствованный метод окисления: метод окисления электродом BDD можно использовать в сочетании с другими передовыми технологиями окисления, такими как окисление озона, окисление Фентона и т. д.Создавая гидроксильные радикалы (·OH) с сильной окислительной способностью, органическое вещество может быть преобразовано в безвредные вещества, тем самым улучшая эффект обработки.

3 Способ адсорбции активированного угля: активный углерод имеет высокую удельную площадь поверхности и пористую структуру, которая может адсорбировать органические вещества и вредные вещества в сточных водах.При использовании в сочетании с методом электролитической окисления электродом BDD, эффект удаления органического вещества может быть еще лучше.

4 Метод биологической обработки: посредством метаболизма микроорганизмов органическое вещество в сточных водах превращается в безвредные вещества.Общие методы биологической обработки включают метод активированного илаВ сочетании с методом электролитической окисления BDD он может улучшить эффект удаления органического вещества и эффективность биологической обработки.

5 Технология мембранной сепарации: с помощью мембранной технологии фильтрации отделяются и удаляются макромолекулярные вещества, ионы и органические вещества в сточных водах.Общепринятые технологии отделения мембраны включают ультрафильтрацию, нанофильтрация, обратный осмос и т. д. В сочетании с методом электролитического окисления электродов BDD он может улучшить эффект удаления органического вещества и эффективность отделения мембраны.

Эти процессы совмещения могут быть выбраны и оптимизированы в соответствии с конкретными сценариями применения и требованиями к очистке, чтобы улучшить эффекты очистки сточных вод и снизить затраты на очистку.

07

Уровень удаления КОД

Уровень удаления СОД рассчитывается путем расчета разницы между концентрацией СОД на входе и концентрацией СОД на выходе, разделив эту разницу на концентрацию СОД на входе,и затем умножить на 100%Специфическая формула: Уровень удаления СОД (%) = (вход СОД - выход СОД) / вход СОД × 100%. Чем выше это соотношение, тем лучше эффект обработки.

На скорость удаления СОД влияет множество факторов, включая характеристики сточных вод, условия электролиза и материалы электродов.Метод электролитического окисления BDD может достичь более высокой скорости удаления СОД для некоторых типов сточных водИсследования показали, что этот метод может достичь показателя удаления СОД более 95% для большинства органических сточных вод.

Фиг. Скорость удаления COD электрода BDD (после 40 мин реакции) и соответствующая EEO

08

оценка эффекта

1Целевая скорость удаления загрязняющих веществ: вычисляется скорость удаления путем измерения концентрации целевых загрязняющих веществ до и после обработки.Это самый прямой способ оценки эффекта и может интуитивно отражать эффект лечения..

2Уровень удаления СОД: СОД является широко используемым показателем качества воды.можно оценить эффект удаления методом электролитической окисления BDD на органические вещества.

3. Скорость удаления суспендированных твердых веществ (СС): Вычислить скорость удаления путем измерения концентрации СС до и после обработки. Чем выше скорость удаления СС, тем лучше эффект обработки.

4Уровень удаления цвета: для некоторых цветных сточных водэффект удаления цвета методом электролитической окисления BDD можно оценить путем измерения концентрации цвета или хроматичности до и после обработки.

5. Скорость удаления туманности: вычислить скорость удаления путем измерения концентрации туманности до и после обработки. чем выше скорость удаления туманности, тем лучше эффект обработки.

6. B/C: соотношение биохимического спроса на кислород к химическому спросу на кислород. the effect of electrochemical oxidation on the ring-opening and chain-breaking of difficult-to-degrade organic matter in wastewater and the effect of improving the biodegradability of wastewater are characterized.

7- Уровень уменьшения экотоксичности: путем измерения индекса экотоксичности проб воды до и после обработки,можно оценить токсическое воздействие метода электролитической окисления BDD на водные организмы.

Специфический метод оценки должен быть выбран и адаптирован в соответствии с фактической ситуацией применения и требованиями обработки.

09

Анализ плюсов и минусов

1Преимущества:

1 Высокая скорость деградации: электроды BDD могут эффективно удалять вредные вещества из сточных вод.0, и время реакции составляет 120 мин, эффект обработки электродов BDD является лучшим, а скорость удаления COD и красителя может достигать более 90%;

Широкий спектр применения: подходит для очистки сточных вод от печати и окраски, медицины, пестицидов, мелкой химии, нефтехимии, угольной химической промышленности и т.д.и может эффективно удалять вредные вещества, такие как трудноразлагаемые органические вещества и азот аммиака из сточных вод;

3 Высокая коррозионная стойкость:Высокая химическая стабильность и высокая коррозионная стойкость электродов BDD могут обеспечить долгосрочную стабильную работу электродов и не будут подвержены воздействию примесей в сточных водах;

4 Высокая экологическая совместимость: можно комбинировать с другими технологиями очистки воды, такими как Fenton,фотокатализ и персульфат для построения бинарной или тернарной системы сцепления для разложения органических загрязнителей.

2Недостатки:

1 Высокая стоимость подготовки: электроды BDD обычно изготавливаются с использованием технологии CVD, а оборудование дорогое;

2Высокое потребление энергии: метод электролитического окисления электродов BDD требует потребления электрической энергии.

В настоящее время компания Hunan Xinfeng Technology Co., Ltd. в Китае достигла очевидных экономических преимуществ благодаря непрерывной итерации технологии! В будущем эта технология будет более конкурентоспособной.

10

Применение

Из-за своих уникальных физических и химических свойств электроды BDD широко используются во многих областях, в основном: электрохимический синтез и регенерация ресурсов, детекторы и датчики,экологический мониторинг, биочувствительность и электрохимическая очистка воды.

1- очистка сточных вод с высоким риском: электроды BDD хорошо работают при очистке промышленных сточных вод, содержащих высокие концентрации трудноразлагаемых органических веществ,особенно те сточные воды, которые потенциально вредны для окружающей среды и здоровья человека, такие как сточные воды, образующиеся в нефтехимической промышленности, текстильной печати и окраски, фармацевтических заводах, кожевенных заводах, бумажных заводах и т. д.

2. Биосенсорная технология: В области биосенсорной технологии электроды BDD используются в биоанализе и подготовке биосенсоров, таких как обнаружение ДНК, определение белка и т.д.

3Электрохимическая очистка воды: при очистке воды и очистке сточных вод электроды BDD используются для электрохимических реакций окисления и редукции для удаления загрязняющих веществ из воды.

Эти применения демонстрируют важность электродов BDD в современной промышленности и охране окружающей среды, особенно в предоставлении чистых и устойчивых решений для очистки воды.С развитием технологий, области применения электродов BDD, как ожидается, будут расширяться.

(дополнительное объяснение):

1. Предварительная обработка сточных вод методом электродического окисления BDD

1Удаление суспензий и твердых частиц: суспензии и твердые частицы в сточных водах могут препятствовать реакции электролиза и снижать скорость удаления СОД.

2 Регулировать значение pH: BDD подходит для широкого диапазона pH, но значение pH сточных вод будет влиять на скорость и эффект реакции электролитического окисления.Правильное регулирование диапазона pH отходов путем предварительной обработки, условия электролитической реакции могут быть оптимизированы и скорость удаления СОД может быть повышена.

3Удаление органического вещества: если в сточных водах присутствует большое количество легкоразлагаемого органического вещества,Он также будет потреблять свободные радикалы, вырабатываемые электролизом, и увеличивать излишнее потребление электролизной энергии.Некоторые органические вещества могут быть удалены с помощью таких методов, как биологическая обработка или химическая окисление, чтобы повысить эффективность использования BDD.

4Удаление ионов тяжелых металлов: некоторые ионы тяжелых металлов могут отравить электрод BDD и уменьшить его каталитическую активность.

Необходимо выбрать подходящие методы предварительной обработки на основе специфических характеристик сточных вод и требований к обработке.увеличение скорости удаления СОД, и обеспечить эффективную работу метода электролитического окисления электрода BDD.

2Пример: очистка сточных вод с высоким содержанием соли (метод электролитического окисления электродом BDD)

Метод электролитического окисления электродов BDD оказывает значительное влияние на обработку высокосолевых сточных вод.который может эффективно предотвратить высокую концентрацию соли в высокосолевой сточной воде от коррозии электродов, обеспечивая стабильность и длительный срок службы электродов.

При обработке высокосолевых сточных вод метод электролитического окисления BDD может окислить органическое вещество в сточных водах в безвредные вещества посредством электрохимического окисления,эффективно разлагает органическое веществоВ то же время он может также преобразовать часть ионов хлорида в сточных водах в хлорный газ и т. д., тем самым уменьшая содержание соли в сточных водах.

Это облегчает последующее лечение и выписку.метод электролитической окисления BDD имеет широкий спектр сценариев применения для обработки высокосоленых органических сточных водВ практическом применении необходимо корректировать параметры процесса в соответствии со специфическими требованиями к составу и очистке сточных вод для достижения наилучшего эффекта очистки.

Рисунок Эффект деградации высокосоленой (сульфат натрия) сточных вод и высокосоленой (хлорид натрия) внутренней сточных вод

3Ключевые факторы для обеспечения наилучшего эффекта обработки методом BDD электрода электролитического окисления

1 Высокоэффективные электродные материалы: выбор высокоэффективных и стабильных электродных материалов является предпосылкой для обеспечения эффекта обработки.устойчивость к коррозии, проводимость и т.д. материалов электродов будут влиять на скорость реакции и эффективность в процессе электролиза.

2 Подходящий электролит: в зависимости от различных объектов обработки выбирается подходящая формула и концентрация электролита.Состав и концентрация электролита оказывают важное влияние на скорость реакции электрода, генерация окислителей и эффект обработки.

3 Разумные условия электролиза: контроль плотности тока, потенциала, температуры,давление и другие параметры во время процесса электролиза, чтобы условия электролиза достигли оптимального состояния и улучшили эффект обработки.

4 Соответствующие окислители: во время процесса электролиза путем добавления соответствующих количеств окислителей, таких как хлор, кислород и т. д.может быть повышена способность к окислению и повышена эффективность удаления вредных веществ.

5 Разумная конструкция процесса: в соответствии с характеристиками и требованиями объекта обработки проводится разумная конструкция процесса, включая структуру электролитической ячейки,расположение электродов, способы ввода и вывода воды и т.д., чтобы улучшить эффект очистки и уменьшить потребление энергии.

6Автоматическое управление: Принять автоматическую систему управления для реализации мониторинга в режиме реального времени и автоматического регулирования процесса электролиза,обеспечение стабильной работы процесса электролиза и надежности эффекта обработки.

7 Обучение операторов: укрепление подготовки и управления операторами, повышение их профессиональных навыков и качества, обеспечение стандартизации и точности операций,и избежать снижения эффектов лечения из-за человеческих факторов.

11

Перспективы применения

1Обработка промышленных сточных вод: метод окисления электродами BDD может эффективно обрабатывать различные промышленные сточные воды, такие как сточные воды для печати и окрашивания, сточные воды для бумажной промышленности,сточные воды коксования, и т.д., улучшить качество воды и снизить концентрацию загрязняющих веществ для соответствия стандартам выбросов.Он не только преобразует трудноразлагаемые органические вещества в легко разлагаемые вещества посредством сильного окисления., но также удаляет ионы тяжелых металлов, таких как хром, свинец и ртуть, и также может очищать высокосоленые сточные воды и уменьшать концентрацию соли.

2Применение в области энергетики:Высокая электрокаталитическая активность электрода BDD позволяет ему иметь перспективы применения в энергетических областях, таких как электролиз воды для производства водородных и окислительных батарейных катализаторовОжидается, что он решит ключевые проблемы в области преобразования и хранения возобновляемой энергии и будет способствовать развитию чистой энергии.

3Органический синтез: метод окисления электродом BDD можно использовать для реакций органического синтеза, таких как окисление, редукция, нитрация и этерификация.Эта технология обладает преимуществами высокой селективности, мягкие условия реакции и высокая чистота продукта, что может улучшить эффективность и качество органического синтеза.

4. Очищение окружающей среды: Окисление электродами BDD может быть использовано для очистки почвы и грунтовых вод, например, для удаления загрязняющих веществ, очистки загрязненной почвы и грунтовых вод и т. д.Эта технология обладает преимуществами экологически чистой, обладающий хорошим эффектом очистки и широким спектром применений.
5Наука о материалах: Электроды BDD обладают отличными физическими и химическими свойствами и могут быть использованы в качестве основы для новых материалов, таких как катализаторы, датчики и биомедицинские материалы.

Короче говоря, метод электролитического окисления BDD имеет широкие перспективы применения и потенциал развития.С непрерывным развитием технологий и расширением сфер применения, эта технология будет играть важную роль в большем числе областей.