電催化膜反應器處理污水的機理和最佳化原理研究

《電催化膜反應器處理污水的機理和最佳化原理研究》是依託北京航空航天大學，由秦國彤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電催化膜反應器處理污水的機理和最佳化原理研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：秦國彤
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目旨在研究並創新污水高效、低耗處理的電化學催化膜方法，通過膜技術和電化學催化方法的有機結合，解決兩種污水處理方法的能量效率和反應器效率的共性技術關鍵。項目的舉照淚循創新之處在於通過電催化膜反應器將膜分離和電化學催化過程在同一反應器實現，將膜過濾的推動力同時用作電化學催化過程的傳質推動力，電化學催化過程的副反應析出的氣體用於抑制膜污染，實現能量高效化。溶解性污染物的電化學催化降解在膜孔道內進行，有效提高污染物與電極表面接觸頻次，實現反應器高效化。針對這一新方法的關鍵問題，深入研究影響過程和反應器效率的關鍵因素，著重研究膜的結構特性與電化學催化活性的構效關係、析氣對濃差極化的影響和膜污染動力學及溶解性污染物降解機理，在此基礎上闡明反應器和過程最佳化原理及方法。豐富水污染控制理論及技術，推動污水處理向著節能、高效和高回用率方向發展。

結題摘要

目前，膜分離技術在水質淨化中得到了廣泛套用，但是，多孔膜過濾只能去除顆粒污染物，緻密膜在去除溶解性污染物時阻力大能耗高；電催化可用於去除水中溶解性污染物和難以生物降解的污染物，但是反應器效率不理想。針對這一問題，項目開展了電催化膜淨化水中污染物的研究。著重研究了電催化膜結構對污染物降解效率的影響、溶解性污染物降解動力學、電催化對膜恥煮殃污染的影響及電催化膜的腐蝕及策略。研究發現，在套用電催化膜反應器淨化水中污染物時，電催化過程可以有效減少膜污染，提高膜過濾通量，在膜過濾去除顆粒污染物的同時，電催化降解溶解性污染物。作為電催化的反應器，電催化膜的孔徑對溶解性污染物單程享充寒降解效率有重要影響，孔徑越小，溶解性污染物在通過孔道時擊炒鑽循接觸孔壁（電極）的幾率越高，單程降解率越高。關於膜污染的研究發現，雖然電催化膜在套用時可以改善過濾造精盛漿成的膜污染，通過電催化作用提高通量，但是膜污染仍然存在，並且和慨笑單純的膜過濾過程的膜污染機理不同。除了在膜表面形成濾餅層和堵孔作用之外，由於電催化氧化過程中發生了電化學聚合，在膜表面和孔道內會發生聚合物沉積，引起膜污染和電化學活性降低。這種聚合物沉積引起的活性降低會直接導致溶解性污染物的降解效率下降，礦化效率下降更加明顯。採用合適的操作方式可以有效改進這種由於表面鈍化污染造成的污染物降解效率和礦化效率的下降。以苯酚為溶解性模型污染物，研究了其降解動力學，發現其在電催化膜中的降解符合一級動力學，並且苯酚的分解速率大於礦化速率。電催化膜面臨的瓶頸嚷訂厚問題是膜的腐蝕問題，防腐蝕層的構建可以延緩這種腐蝕，後續的研究重點應該側重抗腐蝕膜的研究。