專(zhuān)利名稱(chēng)：：低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)方法及其反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電化學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
的方法及其裝置，具體地說(shuō)，涉及的是一種低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)方法及其反應(yīng)裝置。技術(shù)背景近年來(lái)，電化學(xué)方法作為一種環(huán)境友好的污染物處理方法發(fā)展迅速。電化學(xué)技術(shù)是基于高效、清潔的電子的一種處理方法，無(wú)需加入別的試劑，在處理過(guò)程中基本不產(chǎn)生污染。由于電化學(xué)方法的良好的環(huán)境兼容性，它在污染物控制領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。此外，電化學(xué)過(guò)程中的電流和電壓較易測(cè)定，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。雖然電化學(xué)方法具有良好的處理效果，但是在實(shí)際中還沒(méi)有得到大規(guī)模的應(yīng)用，主要的應(yīng)用瓶頸是效率偏低，能耗高，運(yùn)行成本較高。導(dǎo)致電化學(xué)效率較低的主要原因傳質(zhì)效率較低。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，電化學(xué)方法氧化有機(jī)物可以在電極表面和溶液中(0*，0H*和03)同時(shí)發(fā)生，主要反應(yīng)發(fā)生在電極表面。當(dāng)反應(yīng)物濃度較低時(shí)，電極表面的反應(yīng)效率主要受到有機(jī)物從溶液到電極表面?zhèn)髻|(zhì)速率的限制。因?yàn)樵陔姌O表面的雙電層中反應(yīng)物只能以擴(kuò)散的方式傳遞，限制了反應(yīng)物的傳遞速率。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，MarcoPanizza等在《JournalofHazardousMaterials》(危險(xiǎn)物資雜志)2008年153期第83—88頁(yè)上發(fā)表的"RemovalofcolourandCODfromwastewatercontainingacidblue22byelectrochemicaloxidation"(電化學(xué)氧化方法去除含酸性藍(lán)22廢水的色度和C0D)，該文中提出，電化學(xué)的反應(yīng)效率主要受到傳質(zhì)速率的限制，文中通過(guò)加大水流循環(huán)速度的方法提高傳質(zhì)系數(shù)，該方法雖然在一定程度上提高了傳質(zhì)效果，其不足在于沒(méi)有從根本上改變有機(jī)物在電極表面?zhèn)鬟f緩慢的弊端，效果有限。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有電化學(xué)方法傳質(zhì)較慢的問(wèn)題，提出了一種低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)方法及其反應(yīng)裝置，通過(guò)使有機(jī)廢水從電極間穿過(guò)時(shí)的相互作用減小傳質(zhì)阻力，提高傳質(zhì)系數(shù)，繼而提高電流效率，減少能量消耗。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所涉及的低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)方法，具體為將反應(yīng)容器的陽(yáng)極和陰極分別連接到直流電源的正負(fù)極，采用蠕動(dòng)泵將廢水泵入反應(yīng)容器中，廢水從反應(yīng)容器中的陽(yáng)極和陰極中穿過(guò)，兩電極之間有絕緣層隔開(kāi)，穿過(guò)電極后的廢水從反應(yīng)容器中排出，或者通過(guò)蠕動(dòng)泵使廢水在反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行循環(huán)處理。本發(fā)明中，將廢水從電極中穿過(guò)，利用廢水穿透時(shí)與電極的相互作用減小反應(yīng)物向電極表面?zhèn)鬟f的阻力，同時(shí)廢水的循環(huán)流動(dòng)加快了電極表面和主體溶液物質(zhì)的交換更新，從而提高傳質(zhì)系數(shù)和電流效率，降低電化學(xué)方法的能耗。為了提高電流效率，可在廢水中加入電解質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)電流、反應(yīng)時(shí)間和電解質(zhì)濃度等條件使有機(jī)物得到充分降解。電流、反應(yīng)時(shí)間以及電解質(zhì)濃度根據(jù)處理對(duì)象的性質(zhì)及濃度、處理量的多少和反應(yīng)器的大小進(jìn)行確定。在本發(fā)明中，電流應(yīng)控制在1A以下，反應(yīng)時(shí)間在3h以?xún)?nèi)，電解質(zhì)濃度應(yīng)盡量不大于3g/L。所述的電解質(zhì)為硫酸鹽或鹽酸鹽。所述的陽(yáng)極采用活性炭纖維碳納米管電極，增大了電極反應(yīng)表面積，同時(shí)利用碳納米管的獨(dú)特性質(zhì)增強(qiáng)反應(yīng)活性；陰極可以采用活性炭纖維碳納米管電極或者金屬網(wǎng)狀電極；絕緣層采用絕緣材料。所述陰極和陽(yáng)極的面積可以隨著處理量的增加而增大，而且可為多層電極。本發(fā)明所涉及的低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器內(nèi)設(shè)有陽(yáng)極和陰極，或者反應(yīng)容器的外周?chē)?yáng)極和陰極，陽(yáng)極和陰極間設(shè)有絕緣層，陽(yáng)極和陰極分別與直流電源的正負(fù)極相連，反應(yīng)容器連接有蠕動(dòng)泵。開(kāi)啟蠕動(dòng)泵，使反應(yīng)溶液在反應(yīng)容器底部和上部之間進(jìn)行循環(huán)，過(guò)程中溶液透過(guò)電極緩慢流動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中與電極充分接觸，有機(jī)物被氧化降解。所述的陽(yáng)極采用活性炭纖維碳納米管電極；陰極可以采用活性炭纖維碳納米管電極或者金屬網(wǎng)狀電極。所述的陽(yáng)極和陰極包裹在反應(yīng)容器外周?chē)?，通過(guò)泵的推動(dòng)力使溶液依次通過(guò)反應(yīng)容器側(cè)壁的小孔和外周?chē)碾姌O，在這個(gè)過(guò)程中達(dá)到降低傳質(zhì)阻力的效果，提高電化學(xué)效率。側(cè)壁的小孔是直接在反應(yīng)容器的側(cè)壁上開(kāi)的孔，作用就是使水流通過(guò)，其大小可根據(jù)反應(yīng)容器大小進(jìn)行確定，原則上不應(yīng)使孔徑過(guò)大。為使水流能均勻的從反應(yīng)容器各個(gè)方向通過(guò)，應(yīng)使小孔分布規(guī)則均勻，并保證一定的數(shù)量，原則上與外部水流的流速比配最為合適。所述陽(yáng)極和陰極，可以是單對(duì)，也可以采用多對(duì)陽(yáng)極和陰極并聯(lián)的形式，以增加反映容器的處理能力。本發(fā)明具有顯著的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用廢水穿透電極時(shí)與電極之間的相互作用大大減小了污染物向電極表面?zhèn)鬟f的阻力，同時(shí)廢水的循環(huán)流動(dòng)加快了電極表面和主體溶液物質(zhì)的交換更新，提高了傳質(zhì)系數(shù)，并最終提高了電化學(xué)效率，降低了能耗。采用了活性炭纖維結(jié)合碳納米管電極，提高了電極的反應(yīng)表面積和活性。操作簡(jiǎn)單，設(shè)備占地較小，各種參數(shù)易于控制，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖一；圖2為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖二；圖中，l為陽(yáng)極，2為陰極，3為絕緣層，4為蠕動(dòng)泵，5為直流穩(wěn)壓電源，6為反應(yīng)容器，7為進(jìn)水口，8為出水口。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1處理活性艷紅X-3B模擬染料廢水如圖1所示，本實(shí)施例采用的反應(yīng)裝置包括反應(yīng)容器6，反應(yīng)容器6分為上下兩部分，中間由陽(yáng)極l、陰極2以及絕緣層3隔開(kāi)，溶液由蠕動(dòng)泵4不斷在反應(yīng)容器6上下部分之間進(jìn)行循環(huán)，在溶液循環(huán)過(guò)程中不斷透過(guò)陽(yáng)極1和陰極2，在此過(guò)程中通過(guò)與電極間的相互作用，減小了傳質(zhì)阻力。直流穩(wěn)壓電源5將電壓施加到陽(yáng)極1和陰極2上，并可根據(jù)反應(yīng)條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)施時(shí)，將陽(yáng)極l、陰極2和絕緣層3分別固定在反應(yīng)容器6上，用導(dǎo)線將陽(yáng)極1和陰極2與直流穩(wěn)壓電源5連接，在待處理的溶液中加入電解質(zhì)，然后將溶液注入反應(yīng)容器6，開(kāi)動(dòng)蠕動(dòng)泵4進(jìn)行循環(huán)，接通直流穩(wěn)壓電源5，調(diào)節(jié)電流密度，使反應(yīng)物得到良好的去除。本實(shí)施例具體的實(shí)施條件以及結(jié)果如下反應(yīng)目標(biāo)溶液體積300mL反應(yīng)目標(biāo)溶液濃度活性艷紅X-3B100mg/L環(huán)境溫度25°C初始pH值7電解質(zhì)濃度3g/L電極面積28cm2電壓10V陽(yáng)極活性炭纖維碳納米管電極陰極活性炭纖維碳納米管電極體積流量80.2mL/min。處理后染料的脫色率和COD去除率如表1所示。表1實(shí)施例1處理后染料的脫色率和COD去除率<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例2不同電壓對(duì)活性艷紅X-3B脫色率的影響本實(shí)施例采用的反應(yīng)裝置和實(shí)施過(guò)程與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例具體的實(shí)施條件以及結(jié)果如下反應(yīng)目標(biāo)溶液體積300mL反應(yīng)目標(biāo)溶液濃度活性艷紅X-3B50mg/L環(huán)境溫度25°C初始pH值7電解質(zhì)濃度2g/L電極面積28cra2陽(yáng)極活性炭纖維碳納米管電極陰極活性炭纖維碳納米管電極體積流量80.2mL/min。不同電壓處理的脫色率如表2所示。表2實(shí)施例2不同電壓處理的染料脫色率(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例3處理活性艷藍(lán)X-BR模擬染料廢水本實(shí)施例采用的反應(yīng)裝置和實(shí)施過(guò)程與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例具體的實(shí)施條件以及結(jié)果如下反應(yīng)目標(biāo)溶液體積300mL反應(yīng)目標(biāo)溶液濃度活性艷藍(lán)X-BR100mg/L環(huán)境溫度25°C初始pH值2電解質(zhì)濃度lg/L電極面積28cm2電壓8V陽(yáng)極活性炭纖維碳納米管電極陰極銅網(wǎng)體積流量122.5mL/min。處理后染料的脫色率和COD去除率如表3所示。表3實(shí)施例3處理后染料的脫色率和COD去除率<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例4初始pH值對(duì)活性艷藍(lán)X-BR脫色率的影響本實(shí)施例采用的反應(yīng)裝置和實(shí)施過(guò)程與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例具體的實(shí)施條件以及結(jié)果如下反應(yīng)目標(biāo)溶液體積300mL反應(yīng)目標(biāo)溶液濃度活性艷藍(lán)X-服100mg/L環(huán)境溫度25°C電極面積28cm2電壓8V電解質(zhì)濃度lg/L陽(yáng)極活性炭纖維碳納米管電極陰極銅網(wǎng)體積流量122.5mL/min。處理后染料的脫色率如表4所示。表4實(shí)施例4不同初始pH值的染料脫色率(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例5電解質(zhì)濃度對(duì)活性艷藍(lán)X-BR脫色率的影響本實(shí)施例采用的反應(yīng)裝置和實(shí)施過(guò)程與實(shí)施例1相同。本實(shí)施例具體的實(shí)施條件以及結(jié)果如下反應(yīng)目標(biāo)溶液體積300mL反應(yīng)目標(biāo)溶液濃度活性艷藍(lán)X-BRlOOmg/L環(huán)境溫度25°C電極面積28cm^電壓8V初始pH值7陽(yáng)極活性炭纖維碳納米管電極陰極銅網(wǎng)體積流量122.5mL/min。處理后染料的脫色率如表5所示。表5實(shí)施例5不同電解質(zhì)濃度的染料脫色率(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明上述實(shí)施例也可以采用如圖2所示的反應(yīng)裝置，該反應(yīng)裝置包括反應(yīng)容器6，反應(yīng)容器6為圓柱形，側(cè)壁布滿小孔，陽(yáng)極l、陰極2和絕緣層3依次包裹在反應(yīng)容器6的外面，溶液由蠕動(dòng)泵4不斷在反應(yīng)容器6內(nèi)外之間進(jìn)行循環(huán)。其實(shí)施的工作原理與上述圖1所示的裝置相同。權(quán)利要求1、一種低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)方法，其特征在于將反應(yīng)容器的陽(yáng)極和陰極分別連接到直流電源的正負(fù)極，采用蠕動(dòng)泵將廢水泵入反應(yīng)容器中，廢水從反應(yīng)容器中的陽(yáng)極和陰極中穿過(guò)，兩電極之間有絕緣層隔開(kāi)，穿過(guò)電極后的廢水從反應(yīng)容器中排出，或者通過(guò)蠕動(dòng)泵使廢水在反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行循環(huán)處理。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)方法，其特征是，所述的陽(yáng)極采用活性炭纖維碳納米管電極，陰極采用活性炭纖維碳納米管電極或者金屬網(wǎng)狀電極。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)方法，其特征是，所述陰極和陽(yáng)極的面積隨著處理量的增加而增大，陰極和陽(yáng)極為單層電極或者多層電極。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)方法，其特征是，所述廢水中加入電解質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)電流、反應(yīng)時(shí)間和電解質(zhì)濃度使有機(jī)物得到降解，其中電流控制在1A以下，反應(yīng)時(shí)間在3h以?xún)?nèi)，電解質(zhì)濃度小于或等于3g/L。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)方法，其特征是，所述所述的電解質(zhì)為硫酸鹽或鹽酸鹽。6、一種低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)容器，其特征在于，所述反應(yīng)容器內(nèi)設(shè)有陽(yáng)極和陰極，或者反應(yīng)容器的外周?chē)?yáng)極和陰極，陽(yáng)極和陰極間設(shè)有絕緣層，陽(yáng)極和陰極分別與直流電源的正負(fù)極相連，反應(yīng)容器連接有蠕動(dòng)泵。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征是，所述的陽(yáng)極和陰極，陽(yáng)極為活性炭纖維碳納米管電極，陰極為活性炭纖維碳納米管電極或者金屬網(wǎng)狀電極。8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征是，所述的陽(yáng)極和陰極包裹在反應(yīng)容器外周?chē)?，且反?yīng)容器側(cè)壁設(shè)有分布規(guī)則、均勻的小孔。9、根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)反應(yīng)裝置，其特征是，所述陽(yáng)極和陰極是單對(duì)，或是多對(duì)陽(yáng)極和陰極并聯(lián)。全文摘要本發(fā)明涉及一種電化學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
的低傳質(zhì)阻力滲流式電化學(xué)方法及其反應(yīng)裝置。所述方法為將反應(yīng)容器的陽(yáng)極和陰極分別連接到直流電源的正負(fù)極，采用蠕動(dòng)泵將廢水泵入反應(yīng)容器中，廢水從反應(yīng)容器中的陽(yáng)極和陰極中穿過(guò)，兩電極之間有絕緣層隔開(kāi)，穿過(guò)電極后的廢水從反應(yīng)容器中排出，或者通過(guò)蠕動(dòng)泵使廢水在反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行循環(huán)處理。所述裝置包括反應(yīng)容器，反應(yīng)容器內(nèi)設(shè)有陽(yáng)極和陰極，或者反應(yīng)容器的外周?chē)?yáng)極和陰極，陽(yáng)極和陰極間設(shè)有絕緣層，陽(yáng)極和陰極分別與直流電源的正負(fù)極相連，反應(yīng)容器連接有蠕動(dòng)泵。本發(fā)明利用廢水從電極間穿過(guò)時(shí)與電極之間的相互作用減小電極表面的傳質(zhì)阻力，提高傳質(zhì)系數(shù)，繼而提高電流效率，減少能量消耗。文檔編號(hào)C02F1/461GK101327970SQ20081004120公開(kāi)日2008年12月24日申請(qǐng)日期2008年7月31日優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日發(fā)明者驥楊,軍王,靜魏申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)