2008年第11期大眾科技No11,2008(總第111)DA ZHONG KE JICumulatively No 111)電解污水制氫的實驗研究崔明賢,江菊元,田禾,劉力健(天津理工大學(xué),天津300191)【摘要】利用電解法處理污水時,對不同電解液污水處理以及產(chǎn)生氫氣耗電量進行比較;同時分析了COD下降與氫氣產(chǎn)生的變化曲線,對陰極產(chǎn)生氬氣,進行收集、提純可得到高純度氫氣最后分析了影響因素。【關(guān)鍵詞】電解法;污水;氬氣【中圖分類號】X506【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1008-1151(200611-0115-0電解污水制氫,即利用電解法處理污水的同時,充分利實驗裝置圖如圖1所示用陰極產(chǎn)生的氫氣,經(jīng)提純處理,可獲得較高純度的氫氣具體來說,利用金剛石膜電極在陽極進行電解污水處理,由于污水中含有大量的高分子有機物,電解之后,會產(chǎn)生大量的小分子及自由的離子,當(dāng)然包含有氫離子,透過離子膜到達陰極,在陰極發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生氫氣。而羥基和氧氣則用于處理污水,當(dāng)然陰極還會出現(xiàn)二氧化碳、一氧化碳,等等但由于離子膜的作用,不會與氫氣混雜當(dāng)兩個電極(陰極和陽極)分別通上直流電,并且浸入污水中時,在催化劑和直流電的作用下,水分子別分解為氫離圖1實驗裝置圖在實驗中,電解均采用金剛石膜電極,因為傳統(tǒng)的電極子和氫氧根離子,在陽極氫氧根離子失去電子產(chǎn)生氧氣。在陰極氫離子得到電子產(chǎn)生氫氣,這種電解裝置即為電解槽。石墨、鉑、二氧化錫等材料,與金剛石膜相比,在性能上有反應(yīng)式如下所示:很大的不足。金剛石膜具有優(yōu)良的電化學(xué)特性,電勢窗口比較寬,如圖2所示:在酸性溶液中電解時陰極:2H*+2→H,↑(1.1)陽極:HO+210,↑+F+(1.2)Electrochemical window of doped diamond lay在堿性溶液中電解時:陰極:2H2O+2e→H2↑+20H(1.3)陽極:20H→1o↑+H,O+2(1.4)兩種情況下的總反應(yīng)均為:2H2O→2H2↑+O2↑(1.5(一)實驗裝置裝置為陰極室容積為1600m1,陽極室容積為1500m1,電圖2金剛石膜的電勢窗口極間距為8m,陽極為雙面涂有金剛石膜的鉭片,面積為圖2說明了金剛石膜具有較寬的電勢窗(≥3V),析氧30cm2,陰極為鋼片,面積約為35cm隔膜為普通的陽離子膜電位高達28V,即陽極出現(xiàn)氧氣之前,即可以殺死污水中有離子膜為普通陽離子膜,其中電極為金剛石電極。污水采用試機物,同時又不會腐蝕電極。正因為如此,金剛石電極作為劑廠的含有大量大分子有機物的廢水,PH=3的酸性污水污水處理的電極材料,有著無可比擬的優(yōu)勢,尤其是它適合【收稿日期】2008-08-07【作者簡介】崔明賢(1963一),天津理工大學(xué)熱能系刮教授,研究方向為熱能工程。于處理幾乎任何種類的污水。2氫氣的收集、干燥和提純(二)實驗分析我們進行實驗時,根據(jù)氫氣難溶于水,采用排水法收集,1.不同電解液耗電量實驗數(shù)據(jù)如表1所示收集過程中特別需要注意的是不能混雜入空氣等雜質(zhì)氣體。表1不同電解液耗電量實驗數(shù)據(jù)干燥可以采用濃硫酸或者氫氧化鈉的吸水性來去除水蒸氣最后將它進行變壓吸附提純,即吸附分離技術(shù)中的一項用于分離氣體混合物的技術(shù)。變壓吸附裝置工藝和操作都較簡單電解液種類「 o.Na.so.「8 Na SO. (MHNH,), so CNH-NIH S.. HN H)so而且是在常溫下操作,可一步獲得99.99%以上的產(chǎn)品氫氣電解液濃度〖電板間距m1414_14■14(三)金剛石處理污水的影響因素電解電壓V1.電壓的影響:電壓不同,電流上升到峰值的時間不同,電解電流A65a.91.25也即是電極反應(yīng)速度不同。電壓高,電極反應(yīng)加快。電壓高,流量1360|60對應(yīng)的電流大,但電流效率較低587324918.082.電極間距的影響:降解率隨著極間距減小而升高,但5.22是過小的間距使得極間溶液流量減少,液體對流效應(yīng)減弱,極間溫度升高,并使得電場過強,通電瞬間可能引起極間放氫氣的耗電量12m15311.6174516548.45電,降低電極使用壽命,更使對電極裝置的設(shè)計要求提高3.溫度的影響:溫度升高,促進有機物分解,有利于提利用電解去離子水制取氫氣,據(jù)報道,一般產(chǎn)生煤立方高反應(yīng)速率從而提高了有機物降解速度,但同時也會使催化米的氫氣,需要電量為45~55kWh,而利用我們的裝置,通產(chǎn)生的自由基失活加劇,從而導(dǎo)致反應(yīng)速率的下降過實驗,則需要耗電量為8.45kwh時還進行了污水處理,污水的COD下降了如果進一步改善裝置的合理性優(yōu)化流程,(四)結(jié)論耗電量還會有較大幅度下降金剛石膜電極用于電解污水制氫,析氫率高,電極壽命長,造價低,可以降低制氫成本,是今后最有希望的電解制氫電極,特別是將其應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)當(dāng)中,對難以降解的00D能迅速下降達到國家排放標(biāo)準【參考文獻】]江菊元等金剛石電極在電解水制甄中的應(yīng)用門中山大學(xué)學(xué)報200544211-13[2] Juyuan Jiang et. Simulataneous Hydrogen Production andElectrochemical Oxidation of Organics Using Borm-DopedDiamond Electrodes, Environ Sci Technol 2008.423059-3063圖3金剛石處理污水0D隨時間下降,氳氣產(chǎn)量隨時間上升圖(3]鮑德佑氨能的最新發(fā)展新能源19946((1)cOD隨時間的變化(2)氬氣產(chǎn)量隨時間的變化Browne SH.氬制取工藝的評價門新能源1990,12[5]STrasatti, Electrochemistry and the Environment The Role of由圖3可見,隨著oD數(shù)值下降趨于平穩(wěn),制氫的效率也Electrocatalysis). Intemational Joumal of Hydrogen Energy逐漸下降趨于平穩(wěn),所以C數(shù)值與制氫效率的關(guān)系成正比關(guān)20(1995835-844.系xXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX(上接第110頁)提高,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理的組建、系統(tǒng)功能高效有序地發(fā)揮,可(六)小結(jié)促使旅游城市生態(tài)系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定、有序、協(xié)調(diào),進入良旅游城市生態(tài)系統(tǒng)是由人參與和調(diào)控的,以旅游客流異性循環(huán)狀態(tài),有利于發(fā)揮旅游城市生態(tài)系統(tǒng)的旅游服務(wù)功能,地移動性為重要特征的生態(tài)系統(tǒng),也是高度人工化、高度開提高旅游城市生態(tài)化水平,有利于建設(shè)人與自然和諧發(fā)展的旅游城市以及郊區(qū),乃至區(qū)域自然資源(包括旅游資源)的盼◆旅游城市,以實現(xiàn)旅游城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展這一最放、多層次、多功能的復(fù)雜而脆弱的非自律性生態(tài)系統(tǒng)。對合理開發(fā)利用,對旅游城市生態(tài)環(huán)境污染源的治理,對旅游客流的調(diào)控等,均有利于維持旅游城市生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡?！緟⒖嘉墨I】此外,旅游城市生態(tài)系統(tǒng)功能正常發(fā)揮的動力是系統(tǒng)內(nèi)外連(]俞晟城市旅游與城市游憩學(xué)隊上海:華東師范大學(xué)出版續(xù)的、強大的、高效率的旅游客流、物流、能流、資金流以社,2003及信息流等功能流運動,這些功能流也是影響旅游城市生態(tài)2]蔡曉明生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)M北京科學(xué)出版社,2001系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素,任何環(huán)節(jié)的失控狀態(tài),都會引起系]馬世駿王如松面向21世紀的中國城市規(guī)劃筆談會城市規(guī)劃1991(1):5-6統(tǒng)的失調(diào),使系統(tǒng)成為無序狀態(tài):系統(tǒng)完全的開放狀態(tài)可保{4揚小波吳慶書等城市生態(tài)學(xué)M北京科學(xué)出版社200證正常的功能流輸入、輸出;系統(tǒng)內(nèi)部組成要素質(zhì)量的不斷(5]朱能船范海森城市旅游學(xué)M上海:百花出版社,2002116