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COD在線分析儀的電化學工作原理(1)

日期:2025-08-31 00:51
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摘要:COD在線自動監(jiān)測儀是多用于企業(yè)排污口自動檢測的環(huán)保監(jiān)測設備。COD的測量方法很多,因此不同的COD在線自動監(jiān)測儀在工作原理上有很大不同,今天我們要介紹的是以電化學法為工作原理的COD在線自動監(jiān)測儀。

COD在線自動監(jiān)測儀是多用于企業(yè)排污口自動檢測的環(huán)保監(jiān)測設備。COD的測量方法很多,因此不同的COD在線自動監(jiān)測儀在工作原理上有很大不同,今天我們要介紹的是以電化學法為工作原理的COD在線自動監(jiān)測儀。
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COD在線監(jiān)測儀的電化學工作原理
COD
在線監(jiān)測儀以電化學方法測量COD值,是基于羥基自由基(OH)的氧化作用實現(xiàn)的。這種COD的測量方法目前尚未被國際環(huán)保測量組織所正式認可,但是它確實具有可操作性,我國環(huán)保部門已經承認羥基自由基(OH)方法所測量的COD值有效。
COD
在線監(jiān)測儀配有專門的工作電極,能在表面產生羥基自由基(OH),它是一種強氧化劑,有著超強的氧化能力。從實驗數(shù)據(jù)來看,羥基自由基(OH)的氧化還原能力甚至超過臭氧、過氧化氫和重鉻酸鉀離子,因此能快速的氧化水質中的有機物。
COD
在線自動監(jiān)測儀電極所產生的羥基自由基(OH)量與通過的電流直接相關,而水樣中有機物COD的量與氧化過程中羥基自由基(OH)的量成相關,因此通過COD在線自動監(jiān)測儀的電流值通過換算,即可表示出水樣中的COD值。
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COD在線監(jiān)測儀的電化學測量優(yōu)勢
COD
在線監(jiān)測儀采用電化學原理測量的優(yōu)勢在于,羥基自由基(OH)的氧化能力強、氧化速度快,因此這種COD在線監(jiān)測儀的反應靈敏、測量時間短,在數(shù)分鐘內即可獲得COD值測量結果,*適宜用于排水口的在線快速檢測。
COD
在線監(jiān)測儀采用電化學原理測量的優(yōu)勢還在于它的環(huán)保性。采用重鉻酸鉀相關的各種COD測量方法,其測量廢液中都含有鉻、汞等重金屬,存在嚴重的二次污染問題,而采用電化學法測量COD值,只會在廢液中殘留硫酸鈉溶液和葡萄糖溶液,大大降低了污染性。

COD值的高低可以反應出水環(huán)境中有機物的相對含量,因此COD被視為水環(huán)境監(jiān)測中主要檢查的指標之一。COD是一個綜合性的指標,它表征了水體中還原性物質,COD的分析結果從整體上體現(xiàn)了水環(huán)境中的碳、氮、硫、磷等各種元素含量。

羥基自由基(.OH)是一種重要的活性氧,從分子式上看是由氫氧根(OH-)失去一個電子形成。羥基自由基具有極強的的電子能力也就是氧化能力,氧化電位2.8v。是自然界中僅次于氟的氧化劑。 
電生羥基自由基在有機廢水處理中的應用
近年來,濃度高且結構穩(wěn)定的有機廢水不斷出現(xiàn),如何有效地去除這些難降解的有機廢水已經成為水處理的熱點問題。羥基自由基(·OH)因其有極高的氧化電位(2.8V),其氧化能力極強,與大多數(shù)有機污染物都可以發(fā)生快速的鏈式反應,無選擇性地把有害物質氧化成CO2、H2O或礦物鹽,無二次污染[1]。目前國內外有不少研究者進行利用·OH處理有機廢水的研究。產生·OH的途徑較多,主要有Fenton[2]、氧化絮凝法[3]、臭氧法[4]、超聲降解法[5]和光催化法[6]。近年來應用電化學法產生·OH處理有機廢水獲得了較大的進展,在降解和脫色上卓有成效。下面就對電生·OH的途徑及其在有機廢水處理中應用的*新進展進行評述。
1.Fenton
工藝上將Fe2+H2O2的組合稱為Fenton試劑。它能有效地氧化降解廢水中的有機污染物,其實質是H2O2Fe2+的催化下產生具有高反應活性的·OH。目前,Fenton法主要是通過光輻射、催化劑、電化學作用產生·OH。利用光催化或光輻射法產生·OH,存在H2O2及太陽能利用效率低等問題。而電Fenton法是H2O2Fe2+均通過電化學法持續(xù)地產生[7],它比一般化學Fenton試劑具有H2O2利用率高、費用低及反應速度快等優(yōu)點。因此,通過電Fenton法產生·OH將成為主要途徑之一。
應用電Fenton法產生·OH處理有機廢水多數(shù)是以平板鐵為陽極,多孔碳電極為陰極,在陰極通以氧氣或空氣。通電時,在陰陽兩極上進行相同電化當量的電化學反應,在相同的時間內分別生成相同物質的量的Fe2+H2O2,從而使得隨后生成Fenton試劑的化學反應得以實現(xiàn)[8]。
溶液的pH值對氧陰極還原獲得H2O2的反應有很大的影響[9]。研究表明,溶液的pH值不僅對陰極反應電位和槽電壓有影響,還將決定著生成H2O2的電流效率,進而影響隨后生成·OH的效率及與有機污染物的降解脫色反應。
20世紀80年代中期后,國內外已廣泛開展了對電Fenton法機理及其在有機廢水中的應用進行了研究。Hsiao[10]用石墨作陰極對酚和氯苯的氧化進行了研究,結果表明,該法對酚和氯苯的氧化處理比光Fenton法徹底。鄭曦[11]等以可溶性鐵為陽極,多孔石墨電極為陰極,Na2SO4為支持電解質,于電解現(xiàn)場產生Fenton試劑,在低電流密度(10 mA/cm2)下,可有效地抑制陰、陽兩極副反應的發(fā)生,所產生的·OH濃度足以有效地降解染料廢水,脫色率達100%,CODCr去除率達80%。另外,電Fenton法與其它方法結合處理廢水,不少研究者對其可行性進行了研究[12],取得了一定的成效。Brillas[13]分別用Pt作陽極和充氧的碳-聚四氯乙烯作陰極,對2,4-D(二氯苯氧基乙酸)進行降解處理,濃度低時2,4-D的礦化程度高達90%,若與光Fenton法相結合,2,4-D可完全礦化。Kusvuran[14]還以RR120有機染料廢水作為研究對象,比較分析了電Fenton法與其它方法的處理效果,結果表明,濕空氣氧化法、光電Fenton法、UV/TiO2的降解效果較為理想,電Fenton法次之。
2. 電解氧化法
在外加電場作用下陽極可以直接或間接產生具有強氧化活性的·OH[15]。這種方法的特點基本無二次污染,符合環(huán)保的要求。長期以來,由于受到電極材料的限制,該法降解處理有機污染物的電流效率低,能耗大,因而較少直接應用于實際廢水處理中,陽極材料的研究自然也成為主要的研究方向。80年代后,國內外許多研究者從研制高催化活性的電極材料入手,對電催化產生·OH的機理和影響降解效率的因素進行研究,取得較大的突破,并開始用于特種難生物降解的有機廢水的處理。如宋衛(wèi)峰[16]等提出用金屬氧化物制作的二維穩(wěn)定陽極(簡稱DSA)對有機物進行氧化降解,取得了一定的效果。但由于傳統(tǒng)的二維平板電極的表面積較小,傳質問題仍未能根本解決,電流效率低,能耗高,故未能在實際中得到普遍應用。相比之下,三維電極因其面體比增大,傳質效果較好已得到不少研究者的青睞,并取得一定成效。何春等[17]利用三維電極電化學反應器新技術能有效地去除有機廢水的苯胺。有的研究者采用廉價的不銹鋼作為電極材料,研究了二維電極法和三維電極法的處理效果及其機理。熊蓉春等[18] 就用此法對羅丹明B染料廢水進行處理,實驗結果表明,不銹鋼電極材料對有機污染物具有較好的電催化降解作用,尤其是采用三維電極法時,能在較短時間內達到優(yōu)異的水處理效果。比色法的測定結果發(fā)現(xiàn),不銹鋼電極材料在電催化降解過程中產生了氧化能力極強的·OH。崔艷萍等[19]還研究了在復極性三維電解槽中在填充粒子和通入空氣條件下的電化學氧化過程,利用陽極的直接氧化作用、陽極·OH和陰極產生H2O2的間接氧化作用,從而在較低能耗的情況下,充分提高填充粒子的利用率,達到了較好的降解效果。Duverneuil[20]用沉積了SnO2Ti作為陽極,對有機廢水進行降解研究,獲得了滿意的去除效果。
然而,電解氧化法工業(yè)化應用仍存在著一些問題,如電流效率仍然偏低、能耗大、電催化降解反應器的效率較低、電化學催化降解有機污染物的機理還需要進一步探討等[21]。加強對上述問題的研究,是該法今后發(fā)展的方向。

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