專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓去除水中有機(jī)物的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可見(jiàn)光響應(yīng)雙池雙效光電芬頓去除水中有機(jī)物的方法及裝置，屬 于水污染控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自1972年Fujishima等發(fā)現(xiàn)光照TiO2半導(dǎo)體電極具有分解水的功能，特別是1976 年Cary等陸續(xù)報(bào)道了在紫外光照射下T^2水體系可使各種難降解有機(jī)化合物降解以來(lái)， 光催化作為一種水處理的方法引起了廣泛的重視。較早發(fā)表的研究工作大多數(shù)選擇的是粉 末狀態(tài)的納米粒子在懸浮體系中對(duì)有機(jī)物進(jìn)行光催化氧化降解。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究主要集 中在催化劑表面修飾、晶格上的摻雜等。研究以提高光催化活性，包括貴金屬沉積、過(guò)渡金 屬摻雜、復(fù)合半導(dǎo)體、表面光敏化、表面螯合及衍生作用等。盡管做了上述種種努力，所報(bào)道 的納米材料光催化水處理過(guò)程的量子效率仍然很低，這說(shuō)明簡(jiǎn)單復(fù)合沒(méi)有被有效阻止。當(dāng) 光激活的半導(dǎo)體微粒浸泡在含有氧化還原電對(duì)的電解液中時(shí)，所形成的khottky勢(shì)壘的 電場(chǎng)，能使光生電子和空穴以電遷移的方式向相反方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分離。其中一部分在簡(jiǎn)單 復(fù)合前抵達(dá)半導(dǎo)體表面進(jìn)行化學(xué)復(fù)合，此時(shí)，電解液中被激活的半導(dǎo)體恰是一短路的微型 電化學(xué)槽。這自然使研究者們想到用電化學(xué)方法了解半導(dǎo)體在光降解過(guò)程中的表面特性和 反應(yīng)機(jī)理細(xì)節(jié)，同時(shí)可以用電化學(xué)方法驅(qū)使光激發(fā)的電子與空穴分離。這種研究在數(shù)年內(nèi) 發(fā)展成為一種電化學(xué)輔助的光催化方法，或稱(chēng)光電催化方法。1993年，Vinodgopal等人在 光電催化降解實(shí)驗(yàn)中給出的反應(yīng)體系中，首次使用商品TiO2粉末(P25)作為光催化劑制成 的電極在光電催化體系中來(lái)處理4-氯酚。從此光電催化降解有機(jī)物的研究成為了提高光 催化活性的一個(gè)研究熱點(diǎn)。此外，光電化學(xué)水處理系統(tǒng)還具有另外兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)一是把 導(dǎo)帶電子還原過(guò)程同價(jià)帶空穴的氧化過(guò)程從空間位置上分開(kāi)(與半導(dǎo)體微粒相比較)，結(jié) 果大大增加了半導(dǎo)體光催化生成· OH的效率，且防止了氧化中間產(chǎn)物在陰極上的再還原； 二是由于導(dǎo)帶電子被引到陰極還原水中的H+，因此不需要向系統(tǒng)內(nèi)鼓入作為電子俘獲劑的 02。由于上述優(yōu)勢(shì)，光電催化技術(shù)的研究工作在各個(gè)領(lǐng)域都得到了迅速發(fā)展。具有光催化活性的催化劑是光催化過(guò)程中的關(guān)鍵部分。目前，在眾多半導(dǎo)體光催 化劑中，T^2以其適用范圍廣、無(wú)毒、高催化活性、強(qiáng)氧化能力、較為穩(wěn)定、不產(chǎn)生二次污染 等優(yōu)點(diǎn)成為了最常用的一種。但是由于TW2的能帶比較寬，要求在紫外光下才能激發(fā)光生 電子和空穴，對(duì)處理成本和工藝要求比較高。利用能帶相對(duì)較窄的半導(dǎo)體催化材料如鎢酸 鉍、釩酸鉍等可以實(shí)現(xiàn)在可見(jiàn)光下的光催化處理水中有機(jī)物。這樣，在可見(jiàn)光的照射下，外 加一定的陽(yáng)極偏壓，將光激發(fā)產(chǎn)生的電子通過(guò)外電路驅(qū)趕到反向電極上，阻止了電子和空 穴在半導(dǎo)體上的復(fù)合，從而高效節(jié)能處理有機(jī)廢水。芬頓試劑的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有100多年歷史。鐵離子和過(guò)氧化氫是經(jīng)典芬頓試劑中必須 的兩種原料。芬頓試劑具有極強(qiáng)的氧化能力，特別適用于酚類(lèi)、芳胺類(lèi)、芳烴類(lèi)、農(nóng)藥及核廢 料等某些難治理的或?qū)ι镉卸拘缘墓I(yè)廢水的處理上。芬頓試劑之所以具有非常強(qiáng)的氧
3化能力是因?yàn)檫^(guò)氧化氫在鐵離子的催化作用下可以產(chǎn)生羥基自由基(·0Η)，· OH同其它 氧化劑相比具有更強(qiáng)的氧化電極電位(2. 8V)，比臭氧(03，2. 07V)，和過(guò)氧化氫(過(guò)氧化氫， 1. 77V)分別高35%和59%，氧化能力僅次于氟；另外，·0Η還具有高電負(fù)性(親電性)，其 電子親和能為569. 3KJ，容易進(jìn)攻高電子云密度點(diǎn)，進(jìn)而作為中間產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)污染物的深度氧 化分解O3、過(guò)氧化氫、Cl2、·0等強(qiáng)氧化劑中間產(chǎn)物，利用這些中間產(chǎn)物的強(qiáng)氧化性能將廢水 中的有機(jī)物完全氧化為(X)2和Η20。傳統(tǒng)芬頓法由于反應(yīng)需在酸性(pH = 2-3)條件下進(jìn)行，且運(yùn)行時(shí)要消耗大量的鐵 離子和過(guò)氧化氫，有機(jī)物礦化程度不高，而使成本升高，難以工業(yè)化?，F(xiàn)在針對(duì)芬頓反應(yīng)改 進(jìn)技術(shù)有很多，如外加光促進(jìn)溶液中的狗3+和!^2+循環(huán)的光助芬頓技術(shù)，外加電流促進(jìn)的 電芬頓等。其中電芬頓研究主要集中在利用陽(yáng)極鐵電極氧化形成i^e2+的電芬頓和用陰極 產(chǎn)生雙氧水的電芬頓。陰極電芬頓將芬頓氧化和電化學(xué)方法結(jié)合起來(lái)，利用空氣電極在陰 極電位下產(chǎn)生過(guò)氧化氫來(lái)在線(xiàn)生成芬頓反應(yīng)中所必要的雙氧水，與外加鐵離子形成芬頓試 劑；陽(yáng)極電芬頓用鐵材料做為犧牲陽(yáng)極，電生芬頓反應(yīng)中所必要的鐵離子，與外加過(guò)氧化氫 形成芬頓試劑。在陽(yáng)極電-芬頓反應(yīng)的過(guò)程中仍舊需要消耗大量的外加的過(guò)氧化氫，而作 為陰極的電-芬頓最主要是消耗能源，不存在雙氧水的消耗。利用電化學(xué)方法在陰極產(chǎn)過(guò) 氧化氫的氧化技術(shù)作為一種新型環(huán)境污染治理技術(shù)，已吸引了各國(guó)研究者的重視。但也存 在一些問(wèn)題，如空氣電極在恒電位下過(guò)氧化氫產(chǎn)率和電流效率都較低；過(guò)氧化氫的利用率 不高，大量過(guò)氧化氫在反應(yīng)時(shí)候以氧氣形式被消耗掉，而沒(méi)有和外加狗2+反應(yīng)產(chǎn)生羥基自 由基；同時(shí)存在著適用的PH范圍較窄，能耗較大的缺點(diǎn)。只有綜合利用能高效產(chǎn)過(guò)氧化氫 的氣體擴(kuò)散電極同時(shí)結(jié)合體系中的陽(yáng)極氧化作用，污染物的去除率才可能得到極大提高， 電流的利用率也將提高，電能消耗必降低，電芬頓氧化處理廢水的成本就會(huì)下降?，F(xiàn)在光電催化研究主要是集中在利用陽(yáng)極的光生空穴對(duì)陽(yáng)極槽中有機(jī)物進(jìn)行降 解處理，而陰極除作為輔助電極外，并未發(fā)揮其它作用。若在具有光催化活性的薄膜陽(yáng)極對(duì) 有機(jī)污染物進(jìn)行光電催化降解的同時(shí)，也使陰極對(duì)陰極槽中有機(jī)物進(jìn)行降解，這將進(jìn)一步 提高光電催化反應(yīng)器的效率。根據(jù)電-芬頓(Fenton)體系中陰極可進(jìn)行雙電子還原氧氣 生成過(guò)氧化氫的特性，即可把過(guò)氧化氫的氧化作用引入到光電催化體系中來(lái)，使之也能對(duì) 有機(jī)污染物進(jìn)行降解，這樣，陰陽(yáng)兩極都發(fā)揮氧化作用，達(dá)到“雙池雙效”的目的。目前尚未見(jiàn)到關(guān)于雙池雙效太陽(yáng)光響應(yīng)光電芬頓處理有機(jī)廢水的方法及裝置的 文獻(xiàn)及專(zhuān)利報(bào)道。國(guó)內(nèi)僅僅有關(guān)于電解水處理、紫外光光電化學(xué)水處理、電芬頓水處理的相 關(guān)專(zhuān)利。如CN2280094Y公開(kāi)了名稱(chēng)為“雙電解廢水處理裝置”的實(shí)用新型專(zhuān)利，該專(zhuān)利報(bào) 道了一個(gè)接受廢水的內(nèi)電解預(yù)處理槽，內(nèi)電解預(yù)處理槽的底部與一個(gè)集泥配水裝置相連， 集泥配水裝置上裝有脈沖電解槽；CN1377728公開(kāi)了名稱(chēng)為“三相三維電極反應(yīng)器”的發(fā)明 專(zhuān)利，該反應(yīng)器是將三維電極和二氧化鈦懸浮態(tài)光催化反應(yīng)器結(jié)合；CN123^64C公開(kāi)了名 稱(chēng)為“連續(xù)循環(huán)流式固定床三維電極光電催化反應(yīng)器及其處理有機(jī)廢水的方法”的發(fā)明專(zhuān) 利(專(zhuān)利號(hào)ZL03146904. 3)，該方法是將三維電極引入到光電催化反應(yīng)體系來(lái)提高體系的 反應(yīng)效率；CN100453472C公開(kāi)了名稱(chēng)為“一種利用光電芬頓反應(yīng)高效去除水中有機(jī)物的方 法和裝置”的發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)ZL200410098592. 1)，該方法是將光電耦合促進(jìn)芬頓氧化 反應(yīng)過(guò)程，從而提高其去除有機(jī)污染物的效率，但反應(yīng)是在單池中進(jìn)行；CN2521210Y公開(kāi) 了名稱(chēng)為“三相三維電極光催化反應(yīng)器”的發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)ZL02225247.9)，該方法引入了三維電極光催化反應(yīng)；CN1789154A公開(kāi)了名稱(chēng)為“一種利用感應(yīng)電芬頓反應(yīng)去除水中 有機(jī)物的方法及裝置”的發(fā)明專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?00410098591)，該方法將感應(yīng)鐵電極引入到 電芬頓反應(yīng)中，在電解過(guò)程中亞鐵離子可以從鐵電極表面通過(guò)氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)感應(yīng) 反應(yīng)溶出，與陰極表面生成的過(guò)氧化氫發(fā)生芬頓反應(yīng)；CN1966421A公開(kāi)了名稱(chēng)為“光電化 學(xué)協(xié)同催化氧化反應(yīng)的廢水處理方法及裝置”的發(fā)明專(zhuān)利，該專(zhuān)利利用TiO2薄膜電極為陽(yáng) 極，石墨電極為陰極，采用紫外燈對(duì)陰陽(yáng)兩極進(jìn)行照射，形成一個(gè)光電化學(xué)催化反應(yīng)器對(duì)有 機(jī)物催化降解，但該系統(tǒng)需要使用紫外光，陰極發(fā)生的是UV/H》2光化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明提出了一種雙池雙效的可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化芬頓水處理方法及裝置。雙池 雙效的可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化芬頓水處理裝置的結(jié)構(gòu)包括直流穩(wěn)壓電源、光電反應(yīng)池(陽(yáng)極 池)、電芬頓反應(yīng)池(陰極池)、可見(jiàn)光光源、可見(jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極、具有良好吸附 性和高穩(wěn)定性的碳/鐵復(fù)合材料氧陰電極、飽和KCl鹽橋、空氣泵、微孔曝氣頭、以及磁力攪 拌器。通入直流電和開(kāi)啟可見(jiàn)光光源后，可見(jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極在可見(jiàn)光和陽(yáng)極偏 電壓的作用下能高效光電催化去除水中有機(jī)污染物，具有良好吸附性和高穩(wěn)定性的碳/鐵 復(fù)合材料氧陰電極在外加電壓與通空氣的條件下，通過(guò)陰極電位還原α的作用產(chǎn)生雙氧水 來(lái)形成電芬頓反應(yīng)，電芬頓反應(yīng)生成的羥基自由基等活性物種能有效去除水中有機(jī)物；由 于光電陽(yáng)極產(chǎn)生的電子在陽(yáng)極偏壓的作用下向氧陰極遷移，在陰極能夠通過(guò)電子還原O2生 成更多的H2A從而提高電芬頓氧化去除有機(jī)物效率，并且在雙池體系中陰極產(chǎn)生的H2A不 能遷移到陽(yáng)極池消耗從而保證了較高的H2O2濃度，保證了電芬頓氧化有機(jī)物的反應(yīng)進(jìn)行。 本發(fā)明建立的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化芬頓氧化反應(yīng)器適用于各種有機(jī)廢水處理，設(shè) 備緊湊，易于操作，整個(gè)反應(yīng)器容易控制，符合實(shí)際水處理單元的需要，在環(huán)境污染治理領(lǐng) 域有很大的應(yīng)用潛力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種雙池雙效的可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化芬頓水處理方法及裝 置。以適用于各種有機(jī)廢水處理。本發(fā)明的原理是將可見(jiàn)光響應(yīng)光電化學(xué)反應(yīng)和電芬頓反應(yīng)分別在陽(yáng)極池和陰極 池中進(jìn)行，兩池通過(guò)飽和KCl鹽橋連接?？梢?jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極在可見(jiàn)光和陽(yáng)極偏 電壓的作用下能高效光電催化去除水中有機(jī)污染物，具有良好吸附性和高穩(wěn)定性的碳/鐵 復(fù)合材料氧陰電極在外加電壓與通空氣的條件下，通過(guò)陰極電位還原A的作用產(chǎn)生雙氧水 來(lái)形成電芬頓反應(yīng)，電芬頓反應(yīng)生成的羥基自由基等活性物種能有效去除水中有機(jī)物；由 于光電陽(yáng)極產(chǎn)生的電子在陽(yáng)極偏壓的作用下向氧陰極遷移，在陰極能夠通過(guò)電子還原O2生 成更多的H2A從而提高電芬頓氧化去除有機(jī)物效率，并且在雙池體系中陰極產(chǎn)生的H2A不 能遷移到陽(yáng)極池消耗從而保證了較高的H2O2濃度，保證了電芬頓氧化有機(jī)物的反應(yīng)進(jìn)行。依據(jù)上述原理，本發(fā)明的一種去除水中有機(jī)污染物的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電 芬頓氧化方法，其特征在于將待處理的有機(jī)廢水分別裝入雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓 反應(yīng)器的陽(yáng)極池和陰極池，啟動(dòng)可見(jiàn)光光源照射陽(yáng)極池中的光電陽(yáng)極，啟動(dòng)空氣泵從進(jìn)氣 口通入空氣至陰極池，并調(diào)節(jié)空氣流量，接通直流電源向陰極池中的碳/鐵材料陰極和陽(yáng) 極池中的可見(jiàn)光響應(yīng)半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極施加電壓，在鹽橋的連接下，陽(yáng)極池和陰極池分別對(duì) 有機(jī)廢水進(jìn)行氧化處理；對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行氧化處理的技術(shù)條件為可見(jiàn)光光源為商鎢燈300-500W，陰極與陽(yáng)極之間加電壓0. 8-4V，空氣流速為3-lOL/min，在反應(yīng)液中加入電解 質(zhì)，并保證其濃度為100mM-300mM。本發(fā)明的方法中，所述的陽(yáng)極為可將光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜材料負(fù)載在導(dǎo)電基材所 得到的材料。所述的碳/鐵材料陰極中的碳材料為石墨、活性炭纖維、碳納米管、石墨烯；所述 的碳/鐵材料陰極中的鐵材料為零價(jià)鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵、二價(jià)鐵離子、三價(jià)鐵離子。所述的電解質(zhì)為硫酸鈉或氯化鈉。陽(yáng)極池和陰極池中的加入了電解質(zhì)的有機(jī)廢水反應(yīng)液pH值在2-7范圍內(nèi)。依據(jù)上述原理，本發(fā)明的雙池雙效的可見(jiàn)光響應(yīng)光電催化芬頓水處理裝置參見(jiàn)圖 1，該裝置包括可見(jiàn)光光源、磁力攪拌器、空氣泵、陰極池(電芬頓反應(yīng)池)、陽(yáng)極池(光電反 應(yīng)池)、可見(jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極、過(guò)飽和KCl鹽橋、碳/鐵復(fù)合材料氧陰電極和直流穩(wěn) 壓電源，所述的碳/鐵復(fù)合材料陰極和可見(jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極分別固定在陰極反應(yīng) 池和陽(yáng)極反應(yīng)池中，并與直流穩(wěn)壓電源線(xiàn)路連接，陰極池和陽(yáng)極池中盛有機(jī)廢水和支持電 解質(zhì)，陰極池和陽(yáng)極池通過(guò)飽和KCl鹽橋連接，可見(jiàn)光光源置于陽(yáng)極池外部，空氣泵位于陰 極池和陽(yáng)極池外部，通過(guò)導(dǎo)氣管和微孔曝氣頭通入空氣至陰極池，磁力攪拌器位于陰極池 和陽(yáng)極池底的外部攪拌陰極池和陽(yáng)極池中有機(jī)廢水和支持電解質(zhì)。本發(fā)明的反應(yīng)裝置中，直流穩(wěn)壓電源的電流施加到碳/鐵材料陰極和光電陽(yáng)極 上?？梢?jiàn)光由可見(jiàn)光光源提供，電化學(xué)反應(yīng)的電壓和電流由穩(wěn)壓電源控制。樣品由反應(yīng)池 口定時(shí)取出分析溶液COD變化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1.將可見(jiàn)光響應(yīng)光電化學(xué)反應(yīng)和電芬頓反應(yīng)分別在陽(yáng)極池和陰極池中進(jìn)行，兩池 通過(guò)飽和KCl鹽橋連接?？梢?jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極在可見(jiàn)光和陽(yáng)極偏電壓的作用下能 高效光電催化去除水中有機(jī)污染物，具有良好吸附性和高穩(wěn)定性的碳/鐵復(fù)合材料氧陰電 極在外加電壓與通空氣的條件下，通過(guò)陰極電位還原α的作用產(chǎn)生雙氧水來(lái)形成電芬頓反 應(yīng)，電芬頓反應(yīng)生成的包括羥基自由基活性物種能有效去除水中有機(jī)物；由于光電陽(yáng)極產(chǎn) 生的電子在陽(yáng)極偏壓的作用下向氧陰極遷移，在陰極能夠通過(guò)電子還原O2生成更多的H2A 從而提高電芬頓氧化去除有機(jī)物效率，并且在雙池體系中陰極產(chǎn)生的H2A不能遷移到陽(yáng)極 池消耗從而保證了較高的H2O2濃度，保證了電芬頓氧化有機(jī)物的反應(yīng)進(jìn)行。從而提高了反 應(yīng)效率，節(jié)約運(yùn)行成本。2.各種參數(shù)容易控制，可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)反應(yīng)參數(shù)。3.操作方法簡(jiǎn)單，設(shè)備緊湊，易于操作，整個(gè)反應(yīng)器容易控制，符合實(shí)際水處理單 元的需要。


圖1是本發(fā)明的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓氧化處理有機(jī)污染物水的效果。本發(fā)明的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓裝置的一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該裝置包括可見(jiàn)光光源1、磁力攪拌器2、空氣泵3、陰極池(電芬頓反應(yīng)池)4、陽(yáng)極 池(光電反應(yīng)池)5、可見(jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極6、過(guò)飽和KCl鹽橋7、碳/鐵復(fù)合材料氧 陰電極8和直流穩(wěn)壓電源9，所述的碳/鐵復(fù)合材料陰極8和可見(jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極 6分別固定在陰極反應(yīng)池4和陽(yáng)極反應(yīng)池5中，并與直流穩(wěn)壓電源9線(xiàn)路連接，陰極池4和 陽(yáng)極池5中盛有機(jī)廢水和支持電解質(zhì)10，陰極池4和陽(yáng)極池5通過(guò)飽和KCl鹽橋7連接，可 見(jiàn)光光源1置于陽(yáng)極池5外部，空氣泵3位于陰極池4和陽(yáng)極池5外部，通過(guò)導(dǎo)氣管和微孔 曝氣頭通入空氣至陰極池4，磁力攪拌器2位于陰極池4和陽(yáng)極池5底的外部攪拌陰極池4 和陽(yáng)極池5中有機(jī)廢水和支持電解質(zhì)10。本反應(yīng)裝置中，陰極池4中空氣由空氣空氣泵3導(dǎo)入，連續(xù)曝氣并進(jìn)行磁力攪拌2， 將直流穩(wěn)壓電源9的電流施加到碳/鐵材料陰極8和光電陽(yáng)極7上?？梢?jiàn)光有光源1提供， 電化學(xué)反應(yīng)的電壓和電流由穩(wěn)壓電源9控制。本發(fā)明的具體操作方法如下將碳/鐵復(fù)合材料陰極8和半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極6分別固定在陰極反應(yīng)池4和陽(yáng)極反 應(yīng)池5中，并通過(guò)飽和KCl鹽橋以一定的距離連接陰極池4和陽(yáng)極池5，并將可見(jiàn)光光源1 以一定的距離置于陽(yáng)極池5外部，同時(shí)連接好直流穩(wěn)壓電源1的線(xiàn)路。將一定濃度的有機(jī) 廢水注入到陰極池4和陽(yáng)極池5中，加入一定量的支持電解質(zhì)，啟動(dòng)空氣泵3從進(jìn)氣口通入 空氣至陰極池4，并調(diào)節(jié)空氣流量，開(kāi)啟可見(jiàn)光光源1，并將電源9接通，通過(guò)調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓 電源9使電化學(xué)反應(yīng)在一定的電流密度下進(jìn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)電流強(qiáng)度，空氣流量、pH等調(diào)節(jié)使 電芬頓反應(yīng)與有機(jī)物充分反應(yīng)，以達(dá)到最好的去除效率。實(shí)施例1 雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓氧化處理炸藥廢水取絮凝后炸藥廢水400mL，調(diào)節(jié)pH至7，分別在陽(yáng)極池和陰極池中加入200mL廢 7K，以Bi2WO6ATO膜電極為陽(yáng)極(ΙΤ0為氧化銦錫導(dǎo)電膜)，!VACF為陰極(ACF為活性碳纖 維膜)。陰陽(yáng)兩極用鹽橋連接。實(shí)際電解面積4cm*8cm。陽(yáng)極池外側(cè)開(kāi)啟鹵鎢燈(300W)， 陰極池曝氣(流量3L/min)，同時(shí)在陰極池和陽(yáng)極池進(jìn)行磁力攪拌。在兩電極上施加偏壓 0. 4V。每隔0. 5h取樣，反應(yīng)時(shí)間為池。處理前后COD值如表1所示。表1實(shí)施例1不同處理時(shí)間COD值
時(shí)間(h)陽(yáng)極池C0D(mg/L)陰極池C0D(mg/L)0967896770. 5434234871369327151. 528451976211761520
實(shí)施例2 雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓氧化處理皮革廢水取皮革廢水400mL，調(diào)節(jié)pH至2，分別在陽(yáng)極池和陰極池中加入200mL廢水，以 Bi2Mo06/FT0膜電極為陽(yáng)極(FT0膜為摻氟二氧化錫膜)Je/AC為陰極。陰陽(yáng)兩極用鹽橋連 接。實(shí)際電解面積4cm*8cm。陽(yáng)極池外側(cè)開(kāi)啟鹵鎢燈(500W)，陰極池曝氣(流量5L/min)， 同時(shí)在陰極池和陽(yáng)極池進(jìn)行磁力攪拌。在兩電極上施加偏壓2. OV0每隔0.證取樣，反應(yīng)時(shí) 間為池。處理前后COD值如表2所示。表2實(shí)施例2不同處理時(shí)間COD值
權(quán)利要求
1.一種去除水中有機(jī)污染物的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓氧化方法，其特征在于 將待處理的有機(jī)廢水分別裝入雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓反應(yīng)器的陽(yáng)極池和陰極池，啟 動(dòng)可見(jiàn)光光源照射陽(yáng)極池中的光電陽(yáng)極，啟動(dòng)空氣泵從進(jìn)氣口通入空氣至陰極池，并調(diào)節(jié) 空氣流量，接通直流電源向陰極池中的碳/鐵材料陰極和陽(yáng)極池中的可見(jiàn)光響應(yīng)半導(dǎo)體薄 膜陽(yáng)極施加電壓，在鹽橋的連接下，陽(yáng)極池和陰極池分別對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行氧化處理；對(duì)有機(jī) 廢水進(jìn)行氧化處理的技術(shù)條件為可見(jiàn)光光源為商鎢燈300-500W，陰極與陽(yáng)極之間加電壓 0. 8-4V，空氣流速為3-lOL/min，在反應(yīng)液中加入電解質(zhì)，并保證其濃度為100mM-300mM。
2.如權(quán)利要求1所述的去除水中有機(jī)污染物的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓氧化方 法，其特征在于，所述的陽(yáng)極為可將光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜材料負(fù)載在導(dǎo)電基材所得到的材 料。
3.如權(quán)利要求1所述的去除水中有機(jī)污染物的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓氧化方 法，其特征在于，所述的碳/鐵材料陰極中的碳材料為石墨、活性炭纖維、碳納米管、石墨 烯；所述的碳/鐵材料陰極中的鐵材料為零價(jià)鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵、二價(jià)鐵離子、三 價(jià)鐵離子。
4.如權(quán)利要求1所述的去除水中有機(jī)污染物的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓氧化方 法，其特征在于，所述的電解質(zhì)為硫酸鈉或氯化鈉。
5.如權(quán)利要求1所述的去除水中有機(jī)污染物的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓氧化方 法，其特征在于，陽(yáng)極池和陰極池中的加入了電解質(zhì)的有機(jī)廢水反應(yīng)液PH值在2-7范圍內(nèi)。
6.一種去除水中有機(jī)污染物的雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓氧化裝置，其特征在于， 該裝置包括可見(jiàn)光光源(1)、磁力攪拌器O)、空氣泵(3)、陰極池G)、陽(yáng)極池(5)、可見(jiàn)光 響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極(6)、過(guò)飽和KCl鹽橋(7)、碳/鐵復(fù)合材料氧陰電極(8)和直流穩(wěn) 壓電源(9)，所述的碳/鐵復(fù)合材料陰極(8)和可見(jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜陽(yáng)極(6)分別固 定在陰極反應(yīng)池(4)和陽(yáng)極反應(yīng)池(5)中，并與直流穩(wěn)壓電源(9)線(xiàn)路連接，陰極池(4)和 陽(yáng)極池(5)中盛有機(jī)廢水和支持電解質(zhì)(10)，陰極池(4)和陽(yáng)極池( 通過(guò)飽和KCl鹽橋 (7)連接，可見(jiàn)光光源⑴置于陽(yáng)極池(5)外部，空氣泵(3)位于陰極池⑷和陽(yáng)極池(5) 外部，通過(guò)導(dǎo)氣管和微孔曝氣頭通入空氣至陰極池G)，磁力攪拌器( 位于陰極池(4)和 陽(yáng)極池(5)底的外部攪拌陰極池⑷和陽(yáng)極池(5)中有機(jī)廢水和支持電解質(zhì)(10)。
全文摘要
一種雙池雙效可見(jiàn)光響應(yīng)光電芬頓去除水中有機(jī)物的方法及裝置。該裝置包括陰極池和陽(yáng)極池，飽和KCl鹽橋，可見(jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體薄膜材料陽(yáng)極，碳/鐵復(fù)合材料氧陰電極，空氣泵，磁力攪拌，直流穩(wěn)壓電源，及可見(jiàn)光光源。其陽(yáng)極在可見(jiàn)光和陽(yáng)極偏電壓的作用下光電催化去除水中有機(jī)污染物，碳/鐵復(fù)合材料氧陰電極在外加電壓與通空氣的條件下，通過(guò)陰極電位還原O2產(chǎn)生雙氧水形成電芬頓反應(yīng)生成的羥基自由基等活性物種能有效去除水中有機(jī)物；光電陽(yáng)極產(chǎn)生的電子在陽(yáng)極偏壓作用下向氧陰極遷移，在陰極通過(guò)電子還原O2生成更多的H2O2，陰極產(chǎn)生的H2O2不能遷移到陽(yáng)極池消耗而保證了較高的H2O2濃度，保證了電芬頓氧化有機(jī)物的反應(yīng)進(jìn)行。本發(fā)明適用于各種有機(jī)廢水處理。
文檔編號(hào)C02F1/461GK102092820SQ20111000033
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者劉偉, 張禮知, 艾智慧, 賈法龍 申請(qǐng)人:華中師范大學(xué)