Umfassende Auslegung der "BDD-Elektrolytoxidationsmethode"

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Konzeptübersicht

Die elektrolytische Oxidation mit BDD-Elektrode ist eine fortschrittliche Wasseraufbereitungstechnologie, die „Bor-dotiertes Diamant-Elektrodenmaterial (BDD)“ (das als ideales Anodenmaterial für elektrochemische Oxidation gilt – siehe folgende Beschreibung) verwendet, um organische Schadstoffe im Wasser abzubauen. Diese Methode hat die Vorteile einer hohen Effizienz, Umweltschutz und keiner Notwendigkeit, chemische Reagenzien hinzuzufügen. Während des Elektrolyseprozesses kann die BDD-Elektrode organische Stoffe im Wasser direkt oder indirekt in ungiftige und harmlose anorganische Substanzen (wie Kohlendioxid und Wasser) oxidieren. Diese Technologie eignet sich besonders zur Behandlung und zum Abbau von hochriskantem organischem Abwasser, wie z. B. Industrieabwasser aus der Pharma-, Pestizid-, Petrochemie-, Kokerei- und Lithiumbatterieindustrie. Diese Art von organischem Abwasser weist die Eigenschaften einer hohen Konzentration, komplexen Zusammensetzung, hohen Chroma, starken Toxizität, stabilen chemischen Eigenschaften, schwierigen biologischen Abbaubarkeit und langen Lebensdauer auf.

 

 

(Ergänzende Erklärung):

1. Elektrochemische Oxidationseigenschaften der „BDD-Elektrode“

Die BDD-Elektrode ist eine neue Art effizienter Multifunktionselektrode. Die spezielle sp3-Bindungsstruktur von Diamant und seine Leitfähigkeit nach Dotierung verleihen der BDD-Elektrode hervorragende elektrochemische Eigenschaften.

① Breites elektrochemisches Potentialfenster und hohes Sauerstoffentwicklungspotential: Je breiter das Potentialfenster (je höher das Sauerstoffentwicklungspotential), desto schwieriger ist es, dass die Sauerstoffentwicklungsreaktion stattfindet, und desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass organische Schadstoffe an der Anode oxidiert werden, was die Effizienz der Abwasserbehandlung verbessert und den Energieverbrauch senkt;

② Niedriger Hintergrundstrom und Doppelschichtkapazität: Diamantelektroden sind vorteilhaft, um Spuren von Schadstoffen in Elektrolyten zu erkennen.

③Stabile elektrochemische Leistung und Korrosionsbeständigkeit: Die BDD-Elektrode kann auch unter sauren, neutralen und alkalischen Bedingungen eine gute Stabilität und Elektrodenaktivität aufrechterhalten.

④ Nicht leicht zu verschmutzen, mit Selbstreinigungsfunktion: Die Oberfläche der BDD-Elektrode wird nicht leicht durch „Vergiftung“ verschmutzt und die Leistung der Elektrode bleibt erhalten. Da das „Reagenz“ der elektrochemischen Oxidation Elektronen sind, die ein sauberer Reaktant sind, und das Oxidationsmittel in diesem Prozess nicht hinzugefügt werden muss, gibt es keine sekundäre Verschmutzung.

Man kann sagen, dass gerade diese Leistungsmerkmale die Grundlage für die Auswahl des idealen Elektrodenmaterials der BDD-Elektrode bilden. Um die perfekte Darstellung der elektrochemischen Eigenschaften der BDD-Elektrode zu gewährleisten, sind die Materialauswahl und -herstellung der BDD-Elektrode besonders kritisch und sind daher in den letzten Jahren zu einem Forschungsschwerpunkt geworden.

 

 

 

2. Vorbereitung der „BDD-Elektrode“

Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist eine der gängigen Methoden zur Synthese von Diamant. Dabei wird eine bestimmte Menge Bor in die Gasquelle dotiert, sodass Boratome in das Diamantgitter eindringen, um einige Kohlenstoffatome zu ersetzen und zu Akzeptorzentren zu werden. Gleichzeitig werden im Gitter Lochträger erzeugt, sodass sich Elektronen frei im Gitter bewegen können und Diamant in einen p-Typ-Halbleiter umgewandelt wird. Die BDD-Elektrode kann durch Abscheidung von bordotiertem Diamant auf einem Substrat mit fester Form hergestellt werden. Die CVD-Methode ist derzeit die ausgereifteste Methode zur Herstellung von BDD-Elektroden. Tabelle 3 zeigt den Vergleich und die Anwendung von CVD-Synthesemethoden für gängige BDD-Elektroden. Wie in Tabelle 3 gezeigt, ist die Heißdraht-CVD-Methode derzeit die ausgereifteste und am weitesten verbreitete Methode zur Herstellung von BDD-Elektroden. Durch die sinnvolle Anordnung des Heißdrahts können problemlos großformatige Produkte in Industriequalität hergestellt werden, die das Potenzial für eine industrielle Anwendung haben.

 

 

3. Auswahl der „BDD-Elektrode“

Die Auswahl einer geeigneten BDD-Elektrode erfordert eine umfassende Berücksichtigung von Faktoren wie Anwendungsbereich, Elektrodengröße, Elektrodenmaterial und Elektrodenherstellungsprozess.

① Anwendungsbereiche: Unterschiedliche Anwendungsbereiche stellen unterschiedliche Anforderungen an BDD-Elektroden. Beispielsweise müssen BDD-Elektroden bei der elektrochemischen Wasseraufbereitung stabile chemische Oberflächeneigenschaften, hervorragende elektrochemische katalytische Leistung, starke Korrosionsbeständigkeit und ein breites Potentialfenster aufweisen.

②Elektrodengröße: Wählen Sie je nach Anwendungsszenario eine BDD-Elektrode mit geeigneter Größe aus. Generell gilt: Je größer die Elektrode, desto höher ist ihre Verarbeitungskapazität.

③Elektrodenmaterial: Bei der Auswahl der Elektrodenmaterialien müssen Faktoren wie Leitfähigkeit, chemische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit sowie der Grad der Übereinstimmung zwischen dem Elektrodenmaterial und dem Anwendungsszenario berücksichtigt werden.

④Elektrodenvorbereitungsprozess: Unterschiedliche Elektrodenvorbereitungsprozesse wirken sich auf die Elektrodenleistung aus. Daher ist es notwendig, einen geeigneten Vorbereitungsprozess auszuwählen, um qualitativ hochwertige BDD-Elektroden zu erhalten.

 

 

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Arbeitsprinzip

Die elektrochemische Oxidation ist ein Prozess, bei dem eine elektrochemische Reaktion durch die Kontrolle von Bedingungen wie Spannung oder Strom unter einem
externes schwaches elektrisches Feld. Das Ergebnis ist eine Verringerung des Gehalts an organischen Schadstoffen im Wasser oder eine direkte Mineralisierung. Aus Sicht des Reaktionsprozesses oxidiert die BDD-Filmelektrode organische Stoffe zu CO2 und einigen einfachen anorganischen Substanzen und verringert so den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) organischer Stoffe. Gleichzeitig kann die BDD-Elektrode auf der Oberfläche der Elektrode eine Schicht aus Hydroxylradikalen mit stark oxidierenden Eigenschaften bilden, die eine starke oxidierende Wirkung auf schwer abbaubare organische Abwässer wie Phenole, Heterocyclen, Farbstoffe, Pestizide und Tenside hat. Die Stromausbeute beträgt >90 %, wodurch organische Stoffe vollständig mineralisiert werden können.

 

 

 

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chemische Reaktion

Die Reaktionen bei der elektrolytischen Oxidationsmethode umfassen hauptsächlich elektrolytische Reaktionen und Redoxreaktionen. Bei der elektrolytischen Reaktion erzeugt die BDD-Elektrode durch Anlegen eines bestimmten Potenzials oxidative Gruppen auf der Elektrodenoberfläche, wie beispielsweise Hydroxylradikale (OH-), Sulfatradikale, Superoxidradikale usw. Diese Ionen wandeln organische Stoffe durch Redoxreaktionen in harmlose Substanzen wie Kohlendioxid und Wasser um. Der spezifische Reaktionsprozess umfasst Schritte wie die Adsorption organischer Stoffe, Elektronentransfer und Redox und erreicht letztendlich den Abbau und die Entfernung organischer Stoffe.

 

 

 

 

(Ergänzende Erklärung):

1. Einfluss der Reaktionszeit auf die Oxidationskapazität der BDD-Elektrode

Bei der elektrolytischen Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode beeinflusst die Länge der Reaktionszeit den Oxidationsreaktionsprozess und die Produktbildung auf der Elektrodenoberfläche. Eine längere Reaktionszeit kann eine vollständigere Oxidation der Reaktanten auf der Elektrodenoberfläche ermöglichen und so die Oxidationskapazität verbessern. Eine zu lange Reaktionszeit kann jedoch auch zum Auftreten von Nebenreaktionen führen, zu viel Strom verbrauchen und die Effizienz verringern.

Daher ist es notwendig, die am besten geeignete Reaktionszeit entsprechend dem spezifischen Reaktionssystem und der Zielsubstanz zu bestimmen. Normalerweise kann experimentelle Forschung verwendet werden, um die Wirkung unterschiedlicher Reaktionszeiten auf die Oxidationskapazität zu bewerten und den optimalen Reaktionszeitraum zu bestimmen.

 

 

Abbildung 7 BDD-Elektrode in 1 mol/L H2SO4-Lösung für unterschiedliche Elektrolysezeiten

Auswirkungen des Abbaus von RB-19 und der Änderung des Oberflächenbenetzungswinkels

 

 

2. Wenn die elektrolytische Oxidationsreaktion der BDD-Elektrode zu lange durchgeführt wird, können mögliche Nebenreaktionen auftreten.

① Sauerstoffniederschlag: Während des Elektrolyseprozesses kann eine zu lange Reaktionszeit dazu führen, dass sich Sauerstoff auf der Elektrodenoberfläche absetzt, was die Effizienz der Elektrolyse verringert und möglicherweise negative Auswirkungen auf die Elektrodenoberfläche hat.

② Produktzersetzung: Einige Elektrolyseprodukte können sich innerhalb einer zu langen Reaktionszeit zersetzen oder umwandeln, was zu einer Instabilität des Produkts oder einer verringerten Wirksamkeit führen kann.

③ Erhöhter Energieverbrauch: Eine zu lange Reaktionszeit führt zu Energieverschwendung und erhöht die Kosten des Elektrolyseprozesses.

Die spezifischen Nebenreaktionen hängen von Faktoren wie dem Reaktionssystem, der Elektrolytzusammensetzung und den Betriebsbedingungen ab. Um diese Nebenreaktionen zu vermeiden, können die Effizienz und Stabilität der elektrolytischen Oxidation durch Optimierung der Reaktionsbedingungen, Kontrolle der Reaktionszeit und Auswahl geeigneter Elektrodenmaterialien verbessert werden.

 

 

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Prozesszusammensetzung

Die Prozessstruktur der elektrolytischen Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode umfasst hauptsächlich: Stromversorgung, Elektrolysezelle, BDD-Elektrode, Kathode und Abgasbehandlungsgerät.

Die Stromversorgung ist der Schlüssel zur Bereitstellung elektrischer Energie und stellt die erforderliche Spannung und Stromstärke für die Elektroden im Elektrolyseur bereit. Je nach Verarbeitungsanforderungen und Anwendungsszenarien können die entsprechende Stromversorgung sowie die entsprechenden Spannungs- und Stromwerte ausgewählt werden.

Die Elektrolysezelle ist ein Behälter für elektrolytische Reaktionen, der normalerweise aus korrosionsbeständigen und gut isolierenden Materialien besteht. Die Elektrolysezelle ist mit einer Anode und einer Kathode ausgestattet. Die BDD-Elektrode wird als Anode verwendet und ist über eine Stromversorgung mit der Kathode verbunden. Während des Elektrolyseprozesses wird zwischen der Anode und der Kathode ein elektrisches Feld erzeugt, das die Ionenwanderung und die Redoxreaktion fördert.

Die Abgasbehandlungsvorrichtung ist eine Vorrichtung zur Behandlung des Abgases, das während des Elektrolyseprozesses entsteht. Dies umfasst normalerweise Absorption, Adsorption, Verbrennung und andere Methoden. Wählen Sie je nach den unterschiedlichen Abgaskomponenten und Emissionsstandards die geeignete Abgasbehandlungsmethode aus.

 

(Ergänzende Erläuterung: Die Anforderungen an die Stromversorgung des"Elektrolyseur")

Eine Elektrolysezelle besteht normalerweise aus Elektrodenplatten, Elektrolyt sowie Flüssigkeitszu- und -abflüssen.

Bei der Konstruktion der Elektrolysezelle müssen die Korrosionsbeständigkeit, Leitfähigkeit, Sicherheit, Energieeinsparung und der Umweltschutz des Geräts berücksichtigt werden. Das Material der Elektrolysezelle weist eine gute Korrosionsbeständigkeit und ein kompaktes Design auf. Gleichzeitig verwendet es ein effizientes und energiesparendes Stromversorgungs- und Steuerungssystem, um Energieverbrauch und Emissionen zu reduzieren und den Umweltschutzanforderungen gerecht zu werden.

Das BDD-Elektrolytoxidationsverfahren stellt hohe Anforderungen an die Stromversorgung. Dazu gehören vor allem: Der Spannungsbereich muss den Anforderungen des Elektrolyseprozesses entsprechen. Die Stabilität der Stromversorgung muss gut sein, um die Stabilität des Elektrolyseprozesses sicherzustellen. Die Effizienz der Stromversorgung muss hoch sein, um Energieverbrauch und Emissionen zu senken. Die Sicherheit der Stromversorgung muss den entsprechenden Normen entsprechen usw. Umfassende Garantie der Behandlungswirkung und der Stabilität des Gerätebetriebs.

 

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Elektrolyttyp

Bei sauren Elektrolyten werden üblicherweise starke Säurelösungen wie Schwefelsäure und Perchlorsäure verwendet, die eine gute Leitfähigkeit und Oxidationsfähigkeit aufweisen, jedoch Korrosion an Elektroden und Geräten verursachen.

Neutrale Elektrolyte können Lösungen wie Natriumchlorid und -sulfat sein, die einen nahezu neutralen pH-Wert aufweisen und die Korrosion an Elektroden und Geräten verringern können, jedoch eine relativ schlechte Leitfähigkeit haben.

Alkalische Elektrolyte können stark alkalische Lösungen wie Kaliumhydroxid und Natriumhydroxid sein, die zwar eine gute Leitfähigkeit aufweisen, aber Korrosion an Elektroden und Geräten verursachen.

Je nach den spezifischen Anwendungsanforderungen können auch andere Elektrolyttypen ausgewählt werden, beispielsweise fluorhaltige Elektrolyte, chlorhaltige Elektrolyte usw. Kurz gesagt sollten bei der Auswahl der Elektrolyte Faktoren wie spezifische Anwendungsszenarien, Verarbeitungsanforderungen und wirtschaftliche Kosten umfassend berücksichtigt werden.

 

 

 

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Prozessschritte

1. Bereiten Sie eine Mischlösung vor: Bereiten Sie zunächst eine Mischlösung vor, die den Zielschadstoff enthält.

2. pH-Wert anpassen: Verwenden Sie Säure oder Lauge, um den pH-Wert der Lösung auf den optimalen Bereich anzupassen, um den Elektrolyseprozess zu optimieren und die Behandlungseffizienz zu verbessern.

3. Elektrolyse: Legen Sie die BDD-Elektrode in die Lösung und führen Sie die Elektrolyse über eine Gleichstromversorgung durch. Während des Elektrolyseprozesses oxidiert die BDD-Elektrode organische Stoffe durch direkte Oxidation auf der Oberfläche der Elektrodenplatte in harmlose Substanzen oder erzeugt Zwischenprodukte mit starker Oxidationsfähigkeit wie Superoxid, Hydroxylradikal, Hypochlorit usw.

4. Abgasbehandlung: Beim Elektrolyseprozess entsteht Abgas wie Chlor und Schwefeldioxid, das ordnungsgemäß behandelt werden muss, um Schäden für die Umwelt und die Betreiber zu vermeiden.

5. Reinigung und Wartung: Nach der Elektrolyse müssen Ablagerungen und Verunreinigungen auf der Elektrodenoberfläche gereinigt werden, um die Aktivität und Stabilität der Elektrode aufrechtzuerhalten.

6. Daten erfassen und verarbeiten: Während des Behandlungsprozesses relevante Daten wie Strom, Spannung, Behandlungszeit, pH-Wert usw. erfassen und bei Bedarf analysieren und verarbeiten.

 

(Ergänzende Erklärung: Die elektrolytische Oxidationsmethode der BDD-Elektrode kann mit dem Verfahren abgestimmt werden)

① Koagulations- und Sedimentationsmethode: Durch Zugabe von Koagulanzien bilden die Schwebstoffe und kolloidalen Substanzen im Abwasser Flocken, die dann durch Sedimentation im Sedimentationstank getrennt werden. Mit dieser Methode können Schwebstoffe und kolloidale Substanzen im Abwasser wirksam entfernt und die Schwierigkeit der anschließenden Behandlung verringert werden.

② Fortschrittliche Oxidationsmethode: Die elektrolytische Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode kann in Kombination mit anderen fortschrittlichen Oxidationstechnologien wie Ozonoxidation, Fenton-Oxidation usw. verwendet werden. Durch die Erzeugung von Hydroxylradikalen (·OH) mit starker Oxidationsfähigkeit können organische Stoffe in harmlose Substanzen umgewandelt und so die Behandlungswirkung verbessert werden.

③ Aktivkohle-Adsorptionsverfahren: Aktivkohle hat eine hohe spezifische Oberfläche und eine poröse Struktur, die organische Stoffe und Schadstoffe im Abwasser adsorbieren kann. In Kombination mit dem elektrolytischen Oxidationsverfahren der BDD-Elektrode kann die Entfernungswirkung organischer Stoffe weiter verbessert werden.

④ Biologische Behandlungsmethode: Durch den Stoffwechsel von Mikroorganismen werden die organischen Stoffe im Abwasser in harmlose Substanzen umgewandelt. Zu den üblichen biologischen Behandlungsmethoden gehören Belebtschlammverfahren, Biofilmverfahren usw. In Kombination mit der elektrolytischen Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode kann die Entfernungswirkung organischer Stoffe und die Effizienz der biologischen Behandlung verbessert werden.

⑤ Membrantrenntechnologie: Durch Membranfiltrationstechnologie werden makromolekulare Substanzen, Ionen und organische Stoffe im Abwasser getrennt und entfernt. Häufig verwendete Membrantrenntechnologien umfassen Ultrafiltration, Nanofiltration, Umkehrosmose usw. In Kombination mit der elektrolytischen Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode kann die Entfernungswirkung organischer Stoffe und die Effizienz der Membrantrennung verbessert werden.

Diese passenden Prozesse können entsprechend spezifischer Anwendungsszenarien und Behandlungsanforderungen ausgewählt und optimiert werden, um die Abwasserbehandlungseffekte zu verbessern und die Behandlungskosten zu senken.

 

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CSB-Entfernungsrate

Die COD-Entfernungsrate wird berechnet, indem die Differenz zwischen der COD-Konzentration am Einlass und der COD-Konzentration am Auslass berechnet, die Differenz durch die COD-Konzentration am Einlass geteilt und dann mit 100 % multipliziert wird. Die spezifische Formel lautet: COD-Entfernungsrate (%) = (COD-Einlass - COD-Auslass) / COD-Einlass × 100 %. Je höher dieses Verhältnis ist, desto besser ist die Behandlungswirkung.

Die COD-Entfernungsrate wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Abwassereigenschaften, Elektrolysebedingungen und Elektrodenmaterialien. Im Allgemeinen kann mit der elektrolytischen Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode bei bestimmten Abwasserarten eine höhere COD-Entfernungsrate erreicht werden. Studien haben gezeigt, dass mit dieser Methode bei den meisten organischen Abwässern eine COD-Entfernungsrate von über 95 % erreicht werden kann.

 

Abb. CSB-Entfernungsrate der BDD-Elektrode (nach 40-minütiger Reaktion) und zugehöriger EEO

 

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Wirkungsauswertung

 

1. Zielschadstoffentfernungsrate: Berechnen Sie die Entfernungsrate, indem Sie die Konzentration der Zielschadstoffe vor und nach der Behandlung messen. Dies ist der direkteste Weg, um den Effekt zu bewerten und kann den Behandlungseffekt intuitiv widerspiegeln.

2. CSB-Entfernungsrate: CSB ist ein häufig verwendeter Indikator für die Wasserqualität. Durch Messen der CSB-Konzentration vor und nach der Behandlung kann die Entfernungswirkung der elektrolytischen Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode auf organische Stoffe bewertet werden.

3. Entfernungsrate für Schwebstoffe (SS): Berechnen Sie die Entfernungsrate, indem Sie die Konzentration der Schwebstoffe vor und nach der Behandlung messen. Je höher die Entfernungsrate, desto besser ist der Behandlungseffekt.

4. Farbentfernungsrate: Bei einigen gefärbten Abwässern kann die Farbentfernungswirkung der elektrolytischen Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode durch Messen der Farbkonzentration oder Chromatizität vor und nach der Behandlung beurteilt werden.

5. Trübungsentfernungsrate: Berechnen Sie die Entfernungsrate, indem Sie die Trübungskonzentration vor und nach der Behandlung messen. Je höher die Trübungsentfernungsrate, desto besser ist der Behandlungseffekt.

6. B/C: Das Verhältnis des biochemischen Sauerstoffbedarfs zum chemischen Sauerstoffbedarf. Durch den Vergleich des B/C-Verhältnisses vor und nach der Abwasserbehandlung werden die Auswirkungen der elektrochemischen Oxidation auf die Ringöffnung und Kettenspaltung schwer abbaubarer organischer Stoffe im Abwasser und die Auswirkungen der Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit des Abwassers charakterisiert.

7. Ökotoxizitäts-Reduktionsrate: Durch Messen des Ökotoxizitätsindex von Wasserproben vor und nach der Behandlung kann die toxische Wirkung der BDD-Elektroden-Elektrolytoxidationsmethode auf Wasserorganismen bewertet werden.

Die konkrete Auswertemethode muss entsprechend der tatsächlichen Anwendungssituation und den Verarbeitungsanforderungen ausgewählt und angepasst werden.

 

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Vor- und Nachteile-Analyse

1. Vorteile:

① Hohe Abbaurate: BDD-Elektroden können Schadstoffe effizient aus Abwasser entfernen. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass bei einer Stromdichte von 20 mA/cm², einem pH-Wert von 7,0 und einer Reaktionszeit von 120 Minuten die Behandlungswirkung von BDD-Elektroden am besten ist und die COD- und Farbstoffentfernungsraten mehr als 90 % erreichen können;

②Breiter Anwendungsbereich: Es eignet sich zur Behandlung von Abwässern aus der Druck- und Färberei-, Medizin-, Pestizid-, Feinchemikalien-, Petrochemie- und Kohlechemieindustrie usw. und kann schädliche Substanzen wie schwer abbaubare organische Stoffe und Ammoniakstickstoff im Abwasser wirksam entfernen.

③ Starke Korrosionsbeständigkeit: Die hohe chemische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit der BDD-Elektroden können einen langfristig stabilen Betrieb der Elektroden gewährleisten und werden nicht durch Verunreinigungen im Abwasser beeinträchtigt.

④ Hohe Umweltverträglichkeit: Es kann mit anderen Wasseraufbereitungstechnologien wie Fenton, Photokatalyse und Persulfat kombiniert werden, um ein binäres oder ternäres Kopplungssystem zum Abbau organischer Schadstoffe aufzubauen.

2. Nachteile:

① Hohe Herstellungskosten: BDD-Elektroden werden normalerweise mithilfe der CVD-Technologie hergestellt und die Ausrüstung ist teuer.

②Hoher Energieverbrauch: Das elektrolytische Oxidationsverfahren mit BDD-Elektrode erfordert den Verbrauch elektrischer Energie.

Derzeit hat Hunan Xinfeng Technology Co., Ltd. in China durch kontinuierliche Technologieiteration deutliche Kostenvorteile erzielt! In Zukunft wird diese Technologie wettbewerbsfähiger sein.

 

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Anwendung

Aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften werden BDD-Elektroden in vielen Bereichen eingesetzt, vor allem in den Bereichen elektrochemische Synthese und Ressourcenregeneration, Detektoren und Sensoren, Umweltüberwachung, Biosensorik und elektrochemische Wasseraufbereitung.

1. Behandlung von Hochrisiko-Abwasser: BDD-Elektroden eignen sich gut zur Behandlung von Industrieabwasser mit hohen Konzentrationen schwer abbaubarer organischer Stoffe, insbesondere von Abwässern, die potenziell schädlich für die Umwelt und die menschliche Gesundheit sind, wie z. B. Abwässer aus der Petrochemie, vom Textildruck und -färben, aus pharmazeutischen Fabriken, Gerbereien, Papierfabriken usw.

2. Biosensorik: Im Bereich der Biosensorik werden BDD-Elektroden bei der Bioanalyse und Herstellung von Biosensoren verwendet, beispielsweise zur DNA-Erkennung, Proteinbestimmung usw.

3. Elektrochemische Wasseraufbereitung: Bei der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung werden BDD-Elektroden für elektrochemische Oxidations- und Reduktionsreaktionen verwendet, um Schadstoffe aus dem Wasser zu entfernen.

Diese Anwendungen zeigen die Bedeutung von BDD-Elektroden in der modernen Industrie und im Umweltschutz, insbesondere bei der Bereitstellung sauberer und nachhaltiger Wasseraufbereitungslösungen. Mit dem Fortschritt der Technologie dürften die Anwendungsbereiche von BDD-Elektroden weiter zunehmen.

 

 

(Ergänzende Erklärung):

1. Vorbehandlung von Abwasser durch BDD-Elektrolytoxidationsverfahren

①Schwebstoffe und Partikel entfernen: Schwebstoffe und Partikel im Abwasser können die Elektrolysereaktion behindern und die CSB-Entfernungsrate verringern.

② pH-Wert anpassen: BDD ist für einen weiten pH-Bereich geeignet, aber der pH-Wert des Abwassers beeinflusst die Geschwindigkeit und Wirkung der elektrolytischen Oxidationsreaktion. Durch die richtige Anpassung des pH-Wertbereichs des Abwassers durch Vorbehandlung können die elektrolytischen Reaktionsbedingungen optimiert und die CSB-Entfernungsrate verbessert werden.

③ Organische Stoffe entfernen: Wenn das Abwasser eine große Menge leicht abbaubarer organischer Stoffe enthält, verbraucht es auch die durch die Elektrolyse erzeugten freien Radikale und erhöht den unnötigen Energieverbrauch der Elektrolyse. Einige der organischen Stoffe können durch Methoden wie biologische Behandlung oder chemische Oxidation entfernt werden, um die Effizienz der BDD-Nutzung zu verbessern.

④Schwermetallionen entfernen: Einige Schwermetallionen können die BDD-Elektrode vergiften und ihre katalytische Aktivität verringern. Oder sie können sich an der Kathode absetzen und so die Effizienz der Elektrolyse beeinträchtigen.

Die Auswahl geeigneter Vorbehandlungsmethoden muss auf der Grundlage der spezifischen Abwassereigenschaften und Behandlungsanforderungen erfolgen. Die Vorbehandlung kann dazu beitragen, die Elektrolysefähigkeit des Abwassers zu verbessern, die COD-Entfernungsrate zu erhöhen und den effektiven Betrieb der elektrolytischen Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode sicherzustellen.

 

2. Beispiel: „Hochsalzhaltige“ Abwasserbehandlung (BDD-Elektrolytische Oxidationsmethode)

Das elektrolytische Oxidationsverfahren mit BDD-Elektrode hat eine erhebliche Wirkung bei der Behandlung von salzhaltigem Abwasser. BDD-Elektroden weisen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf, die wirksam verhindern kann, dass die hohe Salzkonzentration in salzhaltigem Abwasser die Elektroden korrodiert, und so die Stabilität und lange Lebensdauer der Elektroden gewährleistet.

Bei der Behandlung von salzhaltigem Abwasser kann das elektrolytische Oxidationsverfahren mit BDD-Elektrode die organischen Stoffe im Abwasser durch elektrochemische Oxidation in harmlose Substanzen oxidieren, die organischen Stoffe effektiv abbauen und die Reinheit des Salzes verbessern. Gleichzeitig kann es auch einen Teil der Chloridionen im Abwasser in Chlorgas usw. umwandeln und so den Salzgehalt im Abwasser verringern.

Es bietet Komfort für die anschließende Behandlung und Entladung. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das BDD-Elektrolytoxidationsverfahren eine breite Palette von Anwendungsszenarien für die Behandlung von salzreichem organischem Abwasser bietet. In praktischen Anwendungen ist es notwendig, die Prozessparameter entsprechend der spezifischen Zusammensetzung und den Behandlungsanforderungen des Abwassers anzupassen, um den besten Behandlungseffekt zu erzielen.

 

Abbildung Abbauwirkung von hochsalzhaltigem (Natriumsulfat) Abwasser und hochsalzhaltigem (Natriumchlorid) internem Abwasser

 

 

3. Schlüsselfaktoren für die beste Behandlungswirkung der elektrolytischen Oxidationsmethode der BDD-Elektrode

① Hocheffiziente Elektrodenmaterialien: Die Auswahl hocheffizienter und stabiler Elektrodenmaterialien ist Voraussetzung für die Gewährleistung des Behandlungseffekts. Die elektrochemischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, Leitfähigkeit usw. der Elektrodenmaterialien beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit und Effizienz während des Elektrolyseprozesses.

② Geeigneter Elektrolyt: Wählen Sie je nach den verschiedenen Behandlungsobjekten die geeignete Elektrolytformel und -konzentration. Die Zusammensetzung und Konzentration des Elektrolyten haben einen wichtigen Einfluss auf die Elektrodenreaktionsrate, die Bildung von Oxidationsmitteln und den Behandlungseffekt.

③ Angemessene Elektrolysebedingungen: Kontrollieren Sie während des Elektrolyseprozesses Stromdichte, Potenzial, Temperatur, Druck und andere Parameter, um optimale Elektrolysebedingungen zu erreichen und die Behandlungswirkung zu verbessern.

④ Geeignete Oxidationsmittel: Während des Elektrolyseprozesses kann durch Zugabe geeigneter Mengen an Oxidationsmitteln wie Chlor, Sauerstoff usw. die Oxidationskapazität gesteigert und die Entfernungseffizienz schädlicher Substanzen verbessert werden.

⑤ Angemessene Prozessgestaltung: Entsprechend den Eigenschaften und Anforderungen des Behandlungsobjekts wird eine angemessene Prozessgestaltung durchgeführt, einschließlich der Struktur der Elektrolysezelle, der Anordnung der Elektroden, der Methoden des Wassereinlasses und -auslasses usw., um den Behandlungseffekt zu verbessern und den Energieverbrauch zu senken.

⑥Automatische Steuerung: Durch die Verwendung eines automatischen Steuerungssystems wird eine Echtzeitüberwachung und automatische Anpassung des Elektrolyseprozesses ermöglicht, wodurch ein stabiler Betrieb des Elektrolyseprozesses und die Zuverlässigkeit der Behandlungswirkung gewährleistet werden.

⑦ Schulung der Bediener: Intensivieren Sie die Schulung und Verwaltung der Bediener, verbessern Sie ihre beruflichen Fähigkeiten und ihre Qualität, stellen Sie die Standardisierung und Genauigkeit der Abläufe sicher und vermeiden Sie eine Verschlechterung der Behandlungseffekte aufgrund menschlicher Faktoren.

 

 

 

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Anwendungsaussichten

1. Industrielle Abwasserbehandlung: Die elektrolytische Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode kann verschiedene industrielle Abwässer wie Druck- und Färbeabwässer, Papierherstellungsabwässer, Kokereiabwässer usw. wirksam behandeln, die Wasserqualität verbessern und die Schadstoffkonzentrationen reduzieren, um die Emissionsstandards einzuhalten. Es wandelt nicht nur schwer abbaubare organische Stoffe durch starke Oxidation in leicht abbaubare Substanzen um, sondern entfernt auch Schwermetallionen wie Chrom, Blei und Quecksilber und kann auch salzreiche Abwässer behandeln und die Salzkonzentration reduzieren.

2. Anwendung im Energiebereich: Die hohe elektrokatalytische Aktivität der BDD-Elektrode eröffnet Anwendungsaussichten in Energiebereichen wie der Wasserelektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff und Redox-Batteriekatalysatoren. Es wird erwartet, dass sie wichtige Probleme bei der Umwandlung und Speicherung erneuerbarer Energien löst und die Entwicklung sauberer Energie fördert.

3. Organische Synthese: Die elektrolytische Oxidationsmethode mit BDD-Elektrode kann für organische Synthesereaktionen wie Oxidation, Reduktion, Nitrierung und Veresterung verwendet werden. Diese Technologie bietet die Vorteile einer hohen Selektivität, milder Reaktionsbedingungen und hoher Produktreinheit, was die Effizienz und Qualität der organischen Synthese verbessern kann.

4. Umweltsanierung: Die elektrolytische Oxidation mittels BDD-Elektrode kann zur Boden- und Grundwassersanierung eingesetzt werden, beispielsweise zur Entfernung von Schadstoffen, zur Sanierung kontaminierter Böden und von Grundwasser usw. Diese Technologie hat die Vorteile, dass sie umweltfreundlich ist, gute Behandlungseffekte erzielt und ein breites Anwendungsspektrum bietet.
5. Materialwissenschaft: BDD-Elektroden selbst haben hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften und können als Grundlage für neue Materialien wie Katalysatoren, Sensoren und biomedizinische Materialien verwendet werden.

Kurz gesagt, das BDD-Elektrolytoxidationsverfahren bietet breite Anwendungsaussichten und Entwicklungspotenzial. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie und der Ausweitung der Anwendungsfelder wird diese Technologie in weiteren Bereichen eine wichtige Rolle spielen.