电催化氧化处理难降解废水用电极材料的研究进展

赵媛媛^1,2，王德军^1,2，赵朝成^1,2

1. 中国石油大学(华东)化学工程学院2. 石油石化污染物控制与处理国家重点实验室

摘 要：随着石油化工、医药等工业的迅速发展,工业废水中难降解物质与日俱增,采用传统的水处理方法已难以达到环保要求。电催化氧化技术主要利用电极表面产生的活性物质羟基自由基进行氧化降解,具有氧化能力强、无需添加化学药剂、无二次污染的优势,而且电催化氧化工艺操作简单、处理条件温和,在处理难降解废水方面具有诸多优势。电催化氧化技术的核心部件是阳极,因此阳极材料的开发一直是研究人员关注的重点。一般要求阳极材料具有析氧电位高、电催化活性高、耐腐蚀、稳定性好、价格低廉等特点。目前常用的阳极材料有钛基金属氧化物阳极（SnO₂电极和PbO₂电极）和合成掺硼金刚石薄层电极,但是这些材料存在使用寿命短、制作成本高等问题。通过改性制备复合金属氧化物阳极可以改善上述问题,常用的改性方法包括掺杂离子、引入中间层、掺杂纳米颗粒、调控电极材料的微观形貌等。改性可以提高电极电催化性能、导电性及稳定性,增大电极的反应面积,延长电极寿命。因此复合金属氧化物阳极的制备是阳极材料研究的重点。在二维电极的基础上引入粒子电极可以构成三维电极系统。在三维电极系统中,粒子电极在电场作用下,会极化形成一个个微型电解槽,极大地增加了反应面积。因而三维电极相比于二维电极具有面体比大、电催化效率更高、能耗更低的优势,因此高催化活性、高稳定性的粒子电极的研制成为了电催化氧化技术领域新的研究方向。目前,常用的粒子电极材料主要有碳材料（活性炭、炭气凝胶等）、金属氧化物（Al₂O₃、Fe₃O₄等）、陶瓷和矿物类等。本文从电催化氧化的机理以及三维电极的工作原理出发,综述了在电催化氧化处理废水中广泛应用的电极材料,包括钛基金属氧化物阳极、合成掺硼金刚石薄层电极,重点介绍了在三维电极系统中使用的粒子电极。并对今后废水处理中电催化氧化电极材料的研究趋势进行了展望,指出提高电催化氧化效率不仅需改进电极材料,还需改善反应器构型及与其他工艺的耦合等,以实现电催化氧化技术的推广应用。

关键词：电催化氧化;阳极;粒子电极;难降解废水;