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電催化氧化設備應用原理

電催化氧化設備是針對目前高濃度、難降解廢水和生化不達標問題而開發出的一種高效實用處理設備，主要用于高濃度、高鹽、高COD廢水的處理及生化后廢水的深度處理。設備借助于外加電源，在反應器內復合極板與廢水發生電化學反應。

設備在外加電場的作用下，將被處理的污水或液體引入電解槽，在電流的作用下，電極材料表面產生羥基自由基等活性集團來氧化水體中的有機物，將其氧化分解為二氧化碳、水、小分子有機物等，可降低水中COD、氨氮、色度、提高可生化性等。

• 電極反應：設備通電后，在陽極和陰極表面分別發生氧化和還原反應。

• 陽極氧化：陽極通常采用具有高析氧過電位的材料，如鈦基二氧化鉛電極、硼摻雜金剛石電極等。當廢水流經陽極表面時，水分子在陽極失去電子被氧化，產生強氧化性的羥基自由基（?OH）。羥基自由基具有很高的氧化電位（2.8 V vs. NHE），能夠無選擇性地將水中的有機物氧化分解為二氧化碳、水和其他無機小分子。此外，一些有機物也可能直接在陽極表面失去電子被氧化，這一過程稱為直接氧化。

• 陰極還原：陰極發生還原反應，對于含重金屬離子的廢水，重金屬離子在陰極得到電子，被還原為金屬單質析出。例如，含銅廢水在陰極可發生反應$C{u}^{2+}+2e^{?}?Cu$，從而實現重金屬離子的去除。同時，陰極也可能發生析氫反應$2H_{2}O+2e^{?}?H_2\uparrow +2O{H}^{?}$，產生氫氣。

• 電催化作用：電極材料的催化性能對電催化氧化過程起著關鍵作用。

• 降低反應活化能：電催化劑能夠降低電極反應的活化能，使反應更容易進行。例如，在某些電極表面，有機物的氧化反應可以通過一系列的電子轉移步驟進行，電催化劑可以促進這些步驟的進行，提高反應速率。

• 提高選擇性：一些電催化劑對特定類型的有機物具有較高的催化活性，能夠實現對目標污染物的選擇性氧化。例如，在處理含酚廢水時，特定的電催化劑可以優先將酚類物質氧化為無害的產物，而對廢水中的其他成分影響較小。

• 傳質過程：在電催化氧化過程中，傳質過程對反應速率和處理效果也有重要影響。

• 廢水主體與電極表面的傳質：廢水中的污染物需要從廢水主體擴散到電極表面才能發生反應。攪拌、曝氣等方式可以提高廢水的湍流程度，增強傳質效果，使更多的污染物能夠及時到達電極表面進行反應。

• 電極表面產物的擴散：反應生成的產物需要及時從電極表面擴散到廢水主體中，否則會在電極表面積累，影響反應的繼續進行。例如，在陽極產生的二氧化碳等氣體需要及時脫離電極表面，以免阻礙電極反應的進行。

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