马鹏程等在电絮凝工艺分离水包油乳液方面取得进展

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随着工业生产技术的进一步发展，石油和天然气开采、金属加工、动物纺织品、食品预包装过程和手工制造等产生了大量的含油废水。然而，含油废水的快速排放对环境造成了严重的负面影响，由于其复杂的化学成分和毒性，最终引发了严重的人类和动物健康问题。因此，迫切需要具有较高分离效率和低运行成本的处理工艺在排放前消除废水中的含油量。电絮凝分离技术由于产生的污泥更少，絮状物粒径更大，使用寿命长，占地面积小，操作维护方便，而且不需要添加化学品等优点，在废水处理特别是含油废水处理方面具有实际意义。不锈钢网作为传统的钻孔和穿孔电极的延续，具有良好的耐化学腐蚀性，如耐酸、耐碱、耐盐、可以减少更换电极材料的频率，并赋予其稳定的电化学性能。特别是在处理高COD负荷废水时，其有利于减少能源消耗和热量蒸发以及电极钝化。
        基于上述考虑，中国科学院新疆理化所分离材料与技术团队研究人员将铝板作为阳极, 不锈钢网(304)作为阴极用以电絮凝工艺水包油乳液分离的研究。通过响应曲面法(RSM)实验设计研究了工艺变量及其相互作用对水包油乳液COD去除率的影响。结果表明，COD去除率与初始pH值、外加电压和工作时间有关。在优化条件下，水包油乳液的COD去除率可达到90.86%，与已报道的研究结果相当。与此同时，EC运行期间相应的电能和电极消耗分别为1.54 kwh/kg COD和0.66 kg/m3, 低于绝大数同类型的研究。随后，针对铝板-不锈钢网组合电极的电絮凝法在油水分离过程中的机理进行了深入研究。另外，研究人员通过SEM-EDS，XRD，和FTIR对反应后的絮凝体进行表征，发现污泥中含有NaCl和铝的氢氧化物，并且观察到铝板和不锈钢网电极组合反应后产生的絮体具有显著的粗糙度和丰富的网络结构，大比表面积絮体的存在使污染物附着在絮体上沉到反应器底部。反应动力学实验结果表明絮凝体和乳化油之间同时存在物理和化学吸附作用。总而言之，不锈钢网的耐腐蚀性能优于常用的铝板，价格也低于铝板，利用原料易得的不锈钢网作为电絮凝电极材料用于油水分离具有良好的应用前景。

(A)电絮凝工艺装置                        (B)电絮凝机理示意图

        这种新型的电极组合为电絮凝工艺节省能源消耗提供了一个全新的思路，并且为该类型电极组合可以应用于工业领域（如各种废水的电化学处理，扩大其应用范围方面）奠定了实验和理论基础。相关研究成果近期发表在《Chemical Engineering and Processing - Process Intensification》杂志上，新疆理化技术研究所为唯一完成单位，硕士研究生王军英为第一作者，环境研究室阿卜杜克热木·喀迪尔助理研究员和马鹏程研究员为共同通讯作者。该研究工作得到中国科学院新疆理化技术研究所特别研究助理项目、中国科学院西部之光项目、以及新疆维吾尔自治区高层次人才引进计划等项目的支持。
         论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cep.2022.108901
           文章来源：新疆理化所
      马鹏程，男，回族，兰州大学学士、硕士，香港科技大学博士，现任中国科学院新疆理化技术研究所研究员。 曾入选香港特区“输入内地人才计划”并在香港科技大学从事科研工作，2010-2012年得到德国洪堡基金会资助，在德国德累斯顿莱布尼茨高分子研究所工作。2012年回国并在中科院新疆理化所组建高分子复合材料团队，担任中科院创新研究员，同年入选首批国家“##计划--新疆项目”。