新疆理化所在回收鋁罐電極材料用于電絮凝技術分離乳化油廢水的研究中獲進展

　　人們為處理石油和天然氣等行業的含油廢水做出了許多努力，但常用方法如重力分離法、吸附法、膜分離法、化學混凝法、氣浮法、氧化法、生物降解等，在有效處理含油廢水方面均面臨挑戰。近年來，越來越多科研人員將目光投向電化學技術。電絮凝（EC）工藝由于設施簡單、污泥產生量少、設備占地面積小、成本相對較低等優點而被認為是有前途的、可持續的廢水處理技術。前期研究表明，EC中使用的電極材料類型被認為是影響EC過程性能和運行成本的關鍵因素之一。因此，在選擇合適的電極材料來處理含油廢水時，必須考慮材料成本、能源消耗和目標污染物以及其他操作參數等實驗因素。然而，常規電極如鐵板、鋁板、不銹鋼板是能源密集型，且增加了EC工藝的運行成本。生產生活產生了金屬廢料（如金屬碎屑、銼刀、刨花、廢舊鋁飲料罐等）。這些廢料積累沒有合理回收而遭到貶值，并對環境安全和人類健康構成威脅。廢料的回收熔化和重鑄污染環境、造成能源損失。為了環境友好地消除污染物，在EC過程中若合理使用回收的金屬廢物作為電極材料，可降低EC技術的工藝成本，并減少相應的能源消耗。 

　　中國科學院新疆理化所分離材料與技術團隊利用回收的鋁制易拉罐，開發了用于電絮凝（EC）工藝分離水包油乳液的新穎的且廉價的電極以替代傳統的板式或管式電極材料，有效解決了電極使用過程中電極消耗快導致運行成本較高的實際問題。研究在回收的鋁飲料罐中填充了鋼絲球作為陽極，同時圓柱形的商用不銹鋼網（304）作為陰極。研究利用基于響應面法（RSM）的Box-Behnken Design（BBD）實驗設計模型，探究了電化學過程中重要的工藝參數（如工作電壓、電凝時間、攪拌速率和NaCl濃度）對電化學過程有效性（COD去除率）的交互影響。RSM分析結果表明，在工作電壓（15V）、電凝時間（10mins）、攪拌速度（250rpm）和NaCl濃度（1g/L）的最佳條件下，COD去除率可達93.53%。能源消耗分析顯示，該工藝實現了0.160 kwh/kg COD的低能耗。同時，在最佳條件反應后，研究借助ATR-FTIR光譜、掃描電子顯微鏡（SEM）、能量色散X射線光譜（EDS）和X射線衍射儀（XRD）分析，描述了陽極和EC過程產生的絮體特征。結果表明，電化學反應器中形成的污泥含有氯化鈉和氫氧化物聚合物，具有顯著的粗糙度和豐富的網絡結構，利于提高絮凝體對污染物的吸附能力。該研究首次報道了回收鋁罐-鋼絲球組合電極（陽極）用于電絮凝工藝處理含油廢水的可行性，有助于實現EC技術的工業應用、城市綠色發展以及廢物和廢水的可持續管理和回用。 

　　近日，相關研究成果發表在《清潔生產雜志》（Journal of Cleaner Production）上。研究工作得到中科院、新疆維吾爾自治區科學技術廳上海合作組織科技伙伴計劃與國際科技合作計劃等的支持。