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1 绪论 1

1.1 引言 1

1.1.1 工业废水与高盐有机废水 1

1.1.2 高盐有机废水处理技术 3

1.2 电化学与环境工程 7

1.2.1 电化学 7

1.2.2 电化学法在环境保护中的应用 10

1.3 电极材料与电极反应器 12

1.3.1 电极材料与半导体电化学 12

1.3.2 电极反应器的分类 14

1.3.3 电化学反应衡量指标 16

1.4 填充床电极反应器 20

1.4.1 产生背景 20

1.4.2 填充床电极反应器的发展 21

1.4.3 填充床电极反应器的研究现状 22

1.4.4 填充床电极反应器的影响因素 23

1.5 有机物电催化氧化机理 26

1.5.1 直接氧化 26

1.5.2 间接氧化 30

1.6 有机物阳极氧化动力学 31

1.6.1 有机物阳极氧化基本模型 31

1.6.2 有机物阳极氧化衍生模型 32

1.6.3 有机物阳极氧化基本模型的应用 34

参考文献 36

2 填充床电极反应器材料学基础 39

2.1 引言 39

2.2 阳极制备及表征 40

2.2.1 阳极分类 40

2.2.2 阳极制备 44

2.2.3 阳极表征 46

2.3 高性能填料制备及表征 52

2.4 电化学体系物化特性表征方法 55

2.4.1 伏安分析法 55

2.4.2 电极极化 59

2.4.3 电极交流阻抗 61

2.5 填充床电极反应器宏观性能表征 64

2.5.1 阳极强化寿命测试 64

2.5.2 床层拓展系数 65

2.5.3 阳极对有机物的氧化选择系数 67

2.5.4 有机物在粒子电极上的氧化电流占比 69

参考文献 71

3 填充床电极反应器多元反应动力学 75

3.1 填充床电极反应器的反应速率 75

3.1.1 反应级数 75

3.1.2 电催化氧化有机物反应速率 77

3.1.3 电流效率 82

3.2 有机物电催化氧化阶段反应理论 84

3.2.1 反应器中污染物浓度的分布 84

3.2.2 有机物电催化氧化过程ACE的变化 88

3.2.3 动态运转时反应器电耗预估 91

3.2.4 动态运转时所需电极面积的预测 92

3.2.5 模型评价 93

3.3 有机物电催化氧化通用能量模型 95

3.3.1 能耗分析 95

3.3.2 模型的推导 96

3.3.3 通用能量模型的简化 98

3.4 氧化剂产生量的理论计算 99

3.4.1 间歇操作 99

3.4.2 动态操作 100

3.5 理论模型的应用 101

3.5.1 试验设计 101

3.5.2 数据分析 103

3.5.3 阶段反应理论的应用 105

3.5.4 通用能量模型的应用 109

参考文献 110

4 填充床电极反应器流固电多相耦合机制 115

4.1 流固电多相体系电化学性能 115

4.1.1 电极、填料、液相界面的双电层 115

4.1.2 零电荷电势 118

4.1.3 反应器宏观等效电路 119

4.2 填充床电极反应器传质系数的确定 121

4.2.1 电化学传质基础理论 121

4.2.2 边壁效应与返混的影响 124

4.2.3 电化学传质基本方程 126

4.3 床层电流分布特性 131

4.3.1 电极过程动力学 131

4.3.2 有机物电氧化本征动力学 133

4.3.3 几点说明 139

4.4 床层电势分布特性 140

4.4.1 反应控制 141

4.4.2 复相控制 142

4.4.3 扩散控制 143

4.5 床层超电势分布特性 144

参考文献 146

5 填充床电极反应器设计优化 148

5.1 反应器设计优化模型 148

5.1.1 反应器设计 148

5.1.2 基建投资费用的确定 150

5.1.3 运行成本的确定 153

5.2 填充床电极反应器优化设计数学模型 154

5.2.1 目标函数的组成 154

5.2.2 反应器优化设计数学模型 154

5.2.3 约束条件 155

5.3 阳极与填料的优化选择 156

5.3.1 阳极材料优选 156

5.3.2 填料优选 156

5.4 恒流操作反应器 159

5.4.1 情景未定条件时的反应器优化设计 160

5.4.2 基建投资已定条件下的反应器优化设计 163

5.5 多级操作反应器 167

5.5.1 全费用最低时的反应器优化设计 169

5.5.2 已定反应器的操作条件优化设计 172

参考文献 173

6 填充床电极反应器的工程实践 174

6.1 甘氨酸生产废水处理 174

6.1.1 概述 174

6.1.2 小型实验 176

6.1.3 中试 183

6.1.4 问题及对策 185

6.2 DSD酸生产废水的处理 186

6.2.1 概述 186

6.2.2 实验结果与讨论 187

6.2.3 几点讨论 190

6.3 氯化亚砜及OB酸生产废水的处理 191

6.3.1 概述 191

6.3.2 实验设计 192

6.3.3 实验结果及讨论 193

6.3.4 工程应用 196

6.4 垃圾渗滤液的处理 197

6.4.1 概述 197

6.4.2 垃圾渗滤液的处理 199

6.4.3 反应器的标准化 200

参考文献 201