مقایسه اصول اکسیداسیون الکتروکاتالیستی و کاربرد میکروالکترولیز در تصفیه آب

در سال‌های اخیر، با توسعه و بهبود مستمر فناوری تصفیه آب، فناوری تصفیه آب الکتروشیمیایی به دلیل نرخ تخریب بالا، عملکرد ساده و ویژگی‌های بدون آلودگی آن به طور فزاینده‌ای مورد توجه و استفاده قرار گرفته است. از آنجایی که زیرشاخه های زیادی برای فناوری تصفیه آب الکتروشیمیایی وجود دارد، در اینجا فقط اکسیداسیون الکتروشیمیایی و میکروالکترولیز مورد بحث و تبادل نظر قرار می گیرد.

1. اصل تصفیه آب با اکسیداسیون الکتروکاتالیستی

اکسیداسیون الکتروشیمیایی:

به طور کلی، اکسیداسیون الکتروشیمیایی در واقع به کل فرآیند الکتروشیمی اشاره دارد. این بر اساس اصل واکنش ردوکس است و واکنش های الکتروشیمیایی مستقیم یا غیرمستقیم روی الکترودهای الکترولیز اکسیداسیون الکتروکاتالیستی رخ می دهد و در نتیجه آلاینده ها را از فاضلاب کاهش می دهد یا حذف می کند.

در معنای محدود، اکسیداسیون الکتروشیمیایی به طور خاص به فرآیند آند اطلاق می شود که در آن محلول یا سوسپانسیونی از مواد آلی در سلول الکترولیتی قرار می گیرد و جریان مستقیم برای گرفتن الکترون ها در آند برای اکسید کردن مواد آلی یا ابتدا استفاده می شود. فلزات کم ظرفیت را به یون های فلزی با ظرفیت بالا اکسید می کنند و سپس یون های فلزی با ظرفیت بالا ماده آلی را اکسید می کنند. به طور کلی، برخی از گروه های عاملی مواد آلی از نظر الکتروشیمیایی فعال هستند. از طریق عمل اجباری میدان الکتریکی، ساختار گروه‌های عاملی تغییر می‌کند و در نتیجه خواص شیمیایی ماده آلی تغییر می‌کند، سمیت آن کاهش می‌یابد یا حتی آن را از بین می‌برد و قابلیت تجزیه زیستی آن را افزایش می‌دهد. اکسیداسیون الکتروشیمیایی به اکسیداسیون مستقیم و اکسیداسیون غیر مستقیم تقسیم می شود.

اکسیداسیون مستقیم (الکترولیز مستقیم) به حذف آلاینده ها از فاضلاب توسط اکسیداسیون مستقیم روی الکترود الکتروکاتالیستی اشاره دارد که می توان آن را به فرآیند آندی و فرآیند کاتدی تقسیم کرد. فرآیند آندی بدین صورت است که آلاینده ها بر روی سطح آند اکسید می شوند و به مواد سمی کمتر یا موادی که به راحتی قابل تجزیه زیستی هستند تبدیل می شوند و در نتیجه هدف کاهش و حذف آلاینده ها محقق می شود. فرآیند کاتدی به این صورت است که آلاینده ها در سطح کاتد کاهش یافته و حذف می شوند که عمدتاً برای کاهش و هالوژن زدایی هیدروکربن های هالوژنه و بازیافت فلزات سنگین استفاده می شود. این فرآیند کاتدی که به عنوان احیای الکتروشیمیایی نیز شناخته می شود، استفاده از کاتدهای فولادی ضد زنگ یا الکترودهای پلاتین بر پایه تیتانیم برای دادن الکترون است که معادل کاهش و رسوب یون های فلزات سنگین مانند کروم6+ و جیوه2+ توسط عوامل کاهنده. یون های حالت اکسیداسیون بالا به حالت اکسیداسیون پایین کاهش می یابد (کروم شش ظرفیتی به کروم سه ظرفیتی تبدیل می شود). مواد آلی حاوی کلر کاهش می یابد و کلر زدایی می شود، به مواد کم سمی یا غیر سمی تبدیل می شود و تجزیه پذیری زیستی بهبود می یابد: R-Cl +H++e →RH + Cl-

اکسیداسیون غیرمستقیم (الکترولیز غیرمستقیم) به استفاده از مواد ردوکس تولید شده توسط الکتروشیمیایی به عنوان واکنش دهنده یا کاتالیزور برای تبدیل آلاینده ها به مواد سمی کمتر اشاره دارد. الکترولیز غیر مستقیم به فرآیندهای برگشت پذیر و فرآیندهای برگشت ناپذیر تقسیم می شود. فرآیند برگشت پذیر (اکسیداسیون الکتروشیمیایی با واسطه) به این معنی است که ردوکس را می توان به صورت الکتروشیمیایی بازسازی و در طول فرآیند الکترولیز بازیافت کرد. فرآیند برگشت ناپذیر به فرآیند اکسید کردن مواد آلی با استفاده از مواد تولید شده توسط واکنش های الکتروشیمیایی برگشت ناپذیر مانند Cl2، کلرات، هیپوکلریت، H2O2 و O3 با خواص اکسید کننده قوی اشاره دارد. از واکنش‌های الکتروشیمیایی می‌توان برای تولید واسطه‌های اکسیدکننده قوی، از جمله الکترون‌های حل‌شده، ·HO، ·HO2 (رادیکال‌های سوپراکسید)، O{5}} (رادیکال‌های آنیون سوپراکسید) و سایر رادیکال‌های آزاد استفاده کرد که سیانید، فنل را تجزیه و از بین می‌برد. ، COD، S{6}} و سایر آلاینده های موجود در آب و در نهایت آنها را به مواد بی ضرر تبدیل می کند. برای اکسیداسیون مستقیم در آند، اگر غلظت واکنش دهنده ها خیلی کم باشد، واکنش سطح الکتروشیمیایی با مرحله انتقال جرم محدود می شود. برای اکسیداسیون غیر مستقیم، چنین محدودیتی وجود ندارد. در فرآیندهای اکسیداسیون مستقیم یا غیرمستقیم، معمولاً واکنش‌های جانبی رسوب H2 یا O2 وجود دارد، اما واکنش‌های جانبی را می‌توان با انتخاب مواد الکترود و کنترل پتانسیل سرکوب کرد.

اکسیداسیون الکتروشیمیایی نتایج خوبی را برای فاضلاب با غلظت آلی بالا، اجزای پیچیده، بسیاری از موادی که تجزیه آنها دشوار است و رنگی بودن بالا، مانند فاضلاب میدان نفتی دریایی، فاضلاب چاپ و رنگرزی، شیرابه با غلظت بالا، و فاضلاب غنی از نیتروژن آمونیاکی و ... به دست آورده است. سیانید فناوری اکسیداسیون الکتروشیمیایی می تواند به طور موثری رادیکال های آزاد هیدروکسیل را با توانایی اکسیداسیون قوی با کمک مواد آند فعال الکتروشیمیایی تشکیل دهد که نه تنها می تواند آلاینده های آلی پایدار را تجزیه کرده و آنها را به مواد زیست تخریب پذیر غیر سمی تبدیل کند، بلکه آنها را کاملاً به موادی مانند کربن تبدیل می کند. دی اکسید یا کربنات

این را می توان در موارد زیر به کار برد: پساب های صنعتی که به سختی تجزیه می شوند با غلظت بالای آلاینده های آلی، محتوای نمک بالا، تک رنگ، زیست تخریب پذیری ضعیف، یا انواع فاضلاب هایی که تجزیه آن ها با فناوری های معمولی تصفیه آب دشوار است.

2. فناوری تصفیه آب میکرو الکترولیز

در دهه 1970، دانشمندان در اتحاد جماهیر شوروی سابق از براده های آهن برای تصفیه فاضلاب چاپ و رنگرزی استفاده کردند و از آن زمان به بعد، میکروالکترولیز برای تصفیه فاضلاب به کار گرفته شد. کشور من تحقیقات در این زمینه را در دهه 1980 آغاز کرد. با تعمیق تحقیقات، فناوری میکروالکترولیز در فن آوری تصفیه فاضلاب های صنعتی که به سختی تجزیه می شوند توجه را به خود جلب کرده و در عمل مهندسی به کار گرفته شده است.

اصل میکروالکترولیز نیز نسبتاً ساده است. این فرآیندی است که از اصل خوردگی فلز برای تشکیل باتری اولیه برای تصفیه فاضلاب استفاده می کند. این روش از آهن قراضه به عنوان ماده اولیه استفاده می کند، منابع برق را مصرف نمی کند و به معنای «تصفیه زباله با زباله» است. به طور خاص، ستون الکترولیز داخلی روش میکروالکترولیز اغلب از آهن قراضه و کربن فعال به عنوان پرکننده استفاده می‌کند و از طریق واکنش‌های شیمیایی، یون‌های Fe{2}} را با خواص کاهشی قوی تولید می‌کند که می‌تواند اجزای اکسیدکننده خاصی را در فاضلاب کاهش دهد. علاوه بر این، لخته سازی Fe(OH)2 می تواند برای تصفیه آب استفاده شود. C فعال دارای اثر جذب است و می تواند مواد آلی و میکروارگانیسم ها را جذب کند. بنابراین، روش میکروالکترولیز تولید جریان ضعیفی از طریق یک باتری اولیه متشکل از آهن-کربن است که اثر محرکی بر رشد و متابولیسم میکروارگانیسم‌ها دارد. مزیت روش تصفیه آب با الکترولیز داخلی این است که انرژی مصرف نمی کند و این روش می تواند انواع آلاینده ها و رنگی بودن فاضلاب را حذف کند و در عین حال تجزیه پذیری زیستی موادی را که به سختی تجزیه می شوند بهبود بخشد. فناوری تصفیه آب میکروالکترولیز به طور کلی در ترکیب با سایر فن آوری های تصفیه آب به عنوان یک روش پیش تصفیه یا روش تکمیلی برای بهبود تصفیه پذیری و زیست تخریب پذیری فاضلاب استفاده می شود. اما در عین حال، روش تصفیه آب میکروالکترولیز نیز دارای معایبی است، معایب آن این است که سرعت واکنش نسبتاً آهسته است، راکتور به راحتی مسدود می شود و تصفیه فاضلاب با غلظت بالا دشوار است.

به عنوان یک روش جدید تصفیه فاضلاب، فناوری میکروالکترولیز آهن-کربن در ابتدا در تصفیه فاضلاب چاپ و رنگرزی مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این، تحقیقات و کاربردهای زیادی در تصفیه بسیاری از پساب‌های غنی از آلی مانند فاضلاب کاغذسازی، فاضلاب دارویی، فاضلاب کک‌سازی، فاضلاب آلی با شوری بالا و فاضلاب آبکاری، فاضلاب پتروشیمی، فاضلاب آفت‌کش‌ها و پساب‌های آرسنیک وجود دارد. حاوی فاضلاب سیانید در تصفیه فاضلاب آلی، گروه های اکسید کننده موجود در مواد آلی توسط یون های آهن اکولوژیکی جدید کاهش می یابند که اثرات جذب، لخته سازی، کمپلکس شدن و رسوب الکتریکی دارند. روش میکروالکترولیز نه تنها می تواند مواد آلی را حذف کند، بلکه COD را حذف کرده و تجزیه پذیری زیستی را بهبود می بخشد و شرایطی را برای تصفیه بیشتر ایجاد می کند.

در کاربردهای عملی، روش میکروالکترولیز آهن-کربن مزایای خود را نشان داده است، اما مشکلاتی مانند سخت شدن و تنظیم pH نیز وجود دارد. این مشکلات توسعه بیشتر این فرآیند را محدود کرده است. این امر مستلزم تحقیقات بیشتر برای ایجاد شرایط مطلوب تر برای فناوری میکروالکترولیز آهن-کربن برای تصفیه فاضلاب صنعتی در مقیاس بزرگ است.

همچنین می توان از تصفیه آب الکتروشیمیایی در ترکیب با روش های دیگر استفاده کرد تا راندمان و کیفیت تصفیه فاضلاب را تا حد زیادی بهبود بخشد. در حال حاضر فناوری تصفیه فاضلاب که بیشتر مورد مطالعه قرار می گیرد، ترکیبی از روش های الکتروشیمیایی و بیولوژیکی است. پس از ترکیب این دو روش، آلاینده های مختلف در آب را می توان به طور موثر در تصفیه مشترک فناوری بیولوژیکی و فناوری الکتروشیمیایی تجزیه و تصفیه کرد. جریان ضعیف تولید شده توسط فرآیند واکنش الکتروشیمیایی می تواند به طور موثری فعالیت متابولیکی میکروارگانیسم ها را تحریک کند و در نتیجه کارایی درمان بیولوژیکی را ارتقا دهد. بنابراین ترکیب این دو روش دارای مزایایی است که دستیابی به آن با روش های دیگر در تصفیه فاضلاب با تجزیه زیستی دشوار و الکترولیز ناقص فاضلاب دشوار است.

Baoji JM-TITANIUM-طراحی و سازنده حرفه ای آند

در طول سال ها، ما در تحقیق و توسعه، تولید و ساخت آند تخصص داشته ایم و محصولات ما به بسیاری از کشورهای جهان صادر می شود. سری های مختلفی از آندها را می توان با توجه به پارامترهای محیطی واقعی کاربران مختلف طراحی و تولید کرد. برای بازدید و مذاکره خوش آمدید.

نیکول
شرکت: Baoji Jimiyun Dynamic Co., Ltd
کشور: چین
اضافه کردن: جاده بائوتی، جینتای، شهر بائوجی، شانشی، چین
سل:+86 13369210920
جیمیل:nicole@jmyunti.com
وب سایت: www.jm-titanium.com