一種新型過氧化氫發(fā)生器及用于有機(jī)廢水電芬頓處理的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種新型H2O2發(fā)生器，具有高效、節(jié)能的特點(diǎn)。其基本構(gòu)型是空氣擴(kuò)散陰極置中間的雙電極結(jié)構(gòu)，且陰、陽電極平行放置。與傳統(tǒng)的單電極H2O2發(fā)生器相比，新型H2O2發(fā)生器不僅能產(chǎn)生較高濃度的H2O2，而且電耗可降低60％以上。以此H2O2發(fā)生器為基礎(chǔ)的電芬頓技術(shù)對較寬濃度范圍的有機(jī)廢水均有較好的處理效果，可作為難降解有機(jī)廢水預(yù)處理或深度處理。
【專利說明】一種新型過氧化氫發(fā)生器及用于有機(jī)廢水電芬頓處理的方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境工程【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種新型過氧化氫發(fā)生器的構(gòu)型設(shè)計(jì)以 及將此發(fā)生器應(yīng)用于有機(jī)廢水的電芬頓處理。

【背景技術(shù)】
[0002] 電芬頓主要利用電化學(xué)陰極還原產(chǎn)生過氧化氫（H2O2)，并在外加鐵鹽等催化劑條 件下形成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，從而無選擇性的降解有機(jī)污染物。因其高效、環(huán)境友 好等特點(diǎn)，在化工、染料、制藥等難降解廢水的處理方面顯示了較好的應(yīng)用前景。利用電芬 頓技術(shù)對有機(jī)廢水處理的優(yōu)劣程度主要取決于高效陰極，陰極H 2O2的產(chǎn)量越大、電流效率 越高越有利于提升處理能效。研究表明，碳材料是產(chǎn)H2O 2的良好材料，常用的陰極材料包 括：石墨、碳?xì)?、碳海綿、發(fā)泡玻璃碳、碳纖維、碳納米管以及氣體擴(kuò)散電極（⑶E)等。由于常 規(guī)條件下，氧氣在水溶液中的溶解度較低，從而影響了陰極電化學(xué)還原性能，而GDE克服了 低溶解氧對H 2O2產(chǎn)量的限制，被認(rèn)為是產(chǎn)H2O2的最佳電極。
[0003] 但目前使用的電芬頓系統(tǒng)中，GDE通常采用單電極結(jié)構(gòu)，且陰極面朝下，此構(gòu)型不 僅影響陰陽兩極之間電子的傳質(zhì)和反應(yīng)，更增加了處理的電耗。并且，這種兩電極不平行放 置的體系也極大的影響了該技術(shù)的放大和應(yīng)用。因此，如何創(chuàng)新陰陽兩極平行放置的高效 ⑶E，構(gòu)建新型H 2O2發(fā)生器并應(yīng)用于污染物的電芬頓處理十分有必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的新型H2O2發(fā)生器：圓筒型密封的氣體擴(kuò)散陰極置于反應(yīng)器中間，由一個(gè) 空氣進(jìn)氣口、一個(gè)出氣口和兩個(gè)以導(dǎo)線相連的氣體擴(kuò)散電極片構(gòu)成。該陰極與兩片陽極平 行放置，兩極間距為〇. 3-3cm。過氧化氫發(fā)生過程，通過調(diào)節(jié)空氣流量0. 05-0. 8L/min和陰 極電流密度5-lOOmA/cm2控制產(chǎn)過氧化氫產(chǎn)量。
[0005] 本發(fā)明處理有機(jī)廢水的方法如下：將有機(jī)廢水調(diào)節(jié)pH值為2-5,并加入亞鐵 0. 1-lmM，啟動(dòng)該新型H2O2發(fā)生器，根據(jù)廢水水質(zhì)控制合適空氣流量、陰極電流密度，即可進(jìn) 行廢水處理。
[0006] 本發(fā)明具有以下的突出特點(diǎn)和有益效果：
[0007] (1)該新型的H2O2發(fā)生器可以高效地產(chǎn)生高濃度的H 2O2。在電流密度為50mA/cm2、 pH = 7條件下，3h后H2O2產(chǎn)量高達(dá)2000mg/L以上。
[0008] (2)該新型H2O2發(fā)生器較傳統(tǒng)單電極H2O 2發(fā)生器更高效節(jié)能，產(chǎn)H2O2的單位電耗 不到為傳統(tǒng)發(fā)生器的36%。
[0009] (3)以該新型的H2O2發(fā)生器為基礎(chǔ)的電芬頓系統(tǒng)對有機(jī)廢水濃度適應(yīng)范圍廣，既 可用作低濃度廢水的深度處理，也可用于較高濃度廢水的預(yù)處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為新型H2O2發(fā)生器構(gòu)型
[0011] 圖2為新型H2O2發(fā)生器與傳統(tǒng)H2O2發(fā)生器的H 2O2產(chǎn)量及電流效率對比
[0012] 圖3為不同濃度酒石黃廢水的電芬頓處理效果

【具體實(shí)施方式】
[0013] 本發(fā)明通過以下實(shí)例結(jié)合附圖進(jìn)一步詳述。
[0014] (1)本發(fā)明的新型H2O2發(fā)生器的構(gòu)型
[0015] 新型H2O2發(fā)生器的構(gòu)型圖如圖1所示。圓筒型密封的氣體擴(kuò)散陰極置于反應(yīng)器中 間，由一個(gè)空氣進(jìn)氣口、一個(gè)出氣口和兩個(gè)以導(dǎo)線相連的氣體擴(kuò)散電極片構(gòu)成。該陰極與兩 片陽極平行放置。過氧化氫發(fā)生過程，通過調(diào)節(jié)空氣流量和陰極電流密度控制產(chǎn)過氧化氫 產(chǎn)量。
[0016] (2)新型H2O2發(fā)生器與傳統(tǒng)的H2O 2發(fā)生器的比較
[0017] 該實(shí)例比較了新型H2O2發(fā)生器與傳統(tǒng)的H2O2發(fā)生器在各個(gè)方面的效果。實(shí)驗(yàn)條件 如下：體積為200mL，pH = 7,電解質(zhì)為0. 05M無水硫酸鈉，空氣流速為0. 5L/min，電流密度 為7. ImA/cm2。如圖2, 3h后，新型H2O2發(fā)生器可產(chǎn)生的H2O2量為566mg/L，而傳統(tǒng)的H 2O2發(fā) 生器的H2O2產(chǎn)量只有487mg/L。如表1所示，相同電流密度下（7. ImA/cm2)，傳統(tǒng)的H2O2發(fā)生 器產(chǎn)單位過氧化氫的電耗為24kWh/kg，而新型H 2O2發(fā)生器卻僅為8. 6kWh/kg，不及傳統(tǒng)H2O2 發(fā)生器的36%，大大節(jié)約了電耗；此外，新型H2O2發(fā)生器的電流效率比傳統(tǒng)的H2O 2發(fā)生器要 高 10% -20%。
[0018] 表1新型與傳統(tǒng)過氧化氫發(fā)生器的能效對比
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種新型H2o2發(fā)生器的構(gòu)型。 圓筒型密封的氣體擴(kuò)散陰極置于反應(yīng)器中間，由一個(gè)空氣進(jìn)氣口、一個(gè)出氣口和兩個(gè) 以導(dǎo)線相連的氣體擴(kuò)散電極片構(gòu)成。該陰極與兩片陽極平行放置，兩極間距為〇.3-3cm。過 氧化氫發(fā)生過程，通過調(diào)節(jié)空氣流量〇. 05-0. 8L/min和陰極電流密度5-lOOmA/cm2控制產(chǎn) 過氧化氫產(chǎn)量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述構(gòu)型，其特征在于陽極為金屬氧化物電極，陰極為空氣擴(kuò)散電 極。
3. 該新型H202發(fā)生器電芬頓處理廢水方法 將有機(jī)廢水調(diào)節(jié)pH值為2-5,并加入亞鐵0. 1-lmM，啟動(dòng)該新型H202發(fā)生器，根據(jù)廢水 水質(zhì)控制合適空氣流量、陰極電流密度，即可進(jìn)行廢水處理。
【文檔編號】C02F1/72GK104372371SQ201410497594
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】周明華, 于新民 申請人:南開大學(xué)