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于電流效率低和比能耗高。除了電極，電流參數(shù)和反應(yīng)系統(tǒng)外，供電方式對于優(yōu)化電化學(xué)氧化也具有重要意義。傳統(tǒng)的電源模式包括恒壓模式，恒流模式和脈沖模式。基于限制電流密度的概念，本文提出了一種線性衰減電源模式，并建立了三種不同的應(yīng)用模式。這種新穎的電源模式是使輸入到電催化系統(tǒng)中的電流在反應(yīng)時間內(nèi)連續(xù)衰減，這是通過計算機控制的可編程直流電源進行模擬的。酸性紅G，苯酚，愈創(chuàng)木酚，以污水處理廠的水楊酸和實際水樣為目標(biāo)有機物，并通過電化學(xué)氧化實驗，根據(jù)變化的評價參數(shù)，比較了三種線性衰減模式和傳統(tǒng)恒流模式的優(yōu)缺點。
在電催化氧化降解過程中，反應(yīng)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面產(chǎn)生較多·OH并得以高效利用；隨著反應(yīng)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沖恒流模式持續(xù)輸入較高電流密度，那么反應(yīng)進行到一段時間后，會出現(xiàn)·OH產(chǎn)率遠高于利用率，造成能量的過度消耗（副反應(yīng)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(dāng)保證整個反應(yīng)過程輸入電量一致時，相比于恒流模式，很優(yōu)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(jīng)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%，并使得平均電流效率增加1.22倍，能耗降低1.36倍；很優(yōu)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后，經(jīng)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%，并使得平均電流效率增加1.37倍，能耗降低1.33倍。上述數(shù)據(jù)表明兩種形式的線性衰減模式下的降解性能均優(yōu)于恒流模式。此結(jié)論對苯酚、愈創(chuàng)木酚、水楊酸以及實際有機物廢水具有普適性。
實驗結(jié)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(xiàn)了等效的降級性能。然而，模式I的脫色率和COD去除率低于傳統(tǒng)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(jié)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。對于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(tǒng)的恒流模式（5.18％，0.343 kWh·gCOD -1）表明，在實際工程中，可以實現(xiàn)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(tǒng)的恒定電流模式下實現(xiàn)。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(xué)氧化過程的電流效率并降低比能耗。
全文鏈接:www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214714420301847
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