一種催化電極印染廢水處理反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種廢水處理裝置，具體的講是涉及一種采用催化電極印染廢水處理反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]印染行業(yè)是典型的高耗水產(chǎn)業(yè)，每年需消耗近億噸的工藝用軟化水。印染廢水來(lái)源及污染物成分十分復(fù)雜，具有水質(zhì)變化大、有機(jī)物含量高、色度高(主要為有色染料)等特點(diǎn)，直接排放對(duì)人類健康和生存環(huán)境帶來(lái)極大危害，同時(shí)造成水資源的浪費(fèi)。隨著國(guó)家和社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的日益重視和對(duì)可持續(xù)發(fā)展的要求，傳統(tǒng)的處理方法已越來(lái)越難以滿足生產(chǎn)和環(huán)保的要求。目前我國(guó)印染廢水的主要處理方式還是以生物處理化學(xué)處理為主，但是很難達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所要求的污染物排放量。有專利為201310018326.2 (—種石墨烯-Ti電極印染廢水處理電化學(xué)反應(yīng)器)里面講述了對(duì)印染廢水進(jìn)行處理的設(shè)備，但是對(duì)于該專利中描述的裝置結(jié)構(gòu)還存在改進(jìn)的可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種催化電極印染廢水處理反應(yīng)器，具有脫色效果顯著，有去除有機(jī)物的能力，而且有很好的氨氮去除能力，產(chǎn)泥量少，處理時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種催化電極印染廢水處理反應(yīng)器，包括電解槽、電源、鈦電極，其特征在于，所述鈦電極為采用自制片狀鈦基體涂層，所述自制片狀鈦基體為經(jīng)過(guò)進(jìn)行物理和化學(xué)處理，除去鈦的氧化膜，使其露出新鮮均勻的鈦片。本發(fā)明的技術(shù)方案具有具有生產(chǎn)成本低、節(jié)能低耗、高反應(yīng)效率等優(yōu)點(diǎn)，且使用壽命超過(guò)0.62年，不僅能夠高效地去除印染廢水的色度和有機(jī)物，而且能夠高效地去除印染廢水氨氮的能力。
[0005]進(jìn)一步:所述鈦基體涂層的表面活性層采用Sn02-Sb_Ce02。本技術(shù)方案采用了Sn02-Sb-Ce02活性層，具有高度的物理穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性及抗中毒能力，不會(huì)因中間產(chǎn)物或雜質(zhì)作用而中毒，從而失去活性。同時(shí)具有很高的導(dǎo)電率，為電子的傳輸提供一個(gè)穩(wěn)定的、不至于引起嚴(yán)重電壓降的通道；制備方法要簡(jiǎn)單易操作，成本低廉；電催化涂層和基體附著力強(qiáng)，不易剝蝕和磨損，且具有抗電解液侵蝕的能力，以保證電催化性能不下降，涂層具有較高的比表面積。
[0006]進(jìn)一步:在鈦基體和表面活性層之間采用Mn、N1、Cu作為中間層。本技術(shù)方案具有能與活性層和表面活性層形成固熔體及對(duì)強(qiáng)酸具有耐腐蝕性同時(shí)具有良好的導(dǎo)電性；以及能與鈦基體很好的結(jié)合。
[0007]有益效果本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用鈦基涂層電極處理器，該設(shè)備不僅對(duì)印染廢水處理具有脫色效果顯著，去除有機(jī)物的能力，而且有很好的氨氮去除能力；該設(shè)備脫色效果顯著，產(chǎn)泥量少，處理時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明中鈦基體電極涂層處于電解槽中的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本發(fā)明的Mn-Cu-Ni電極表面活性層的SEM圖
【具體實(shí)施方式】
[0009]作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如圖1所示，一種催化電極印染廢水處理反應(yīng)器，包括電解槽，電源2以及鈦電極3，所述電源2為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源；所述鈦電極位于電解槽內(nèi)，鈦電極板作為陽(yáng)極板，負(fù)極板4均位于電解槽內(nèi)，所述鈦電極為采用自制片狀鈦基體涂層，所述自制片狀鈦基體為經(jīng)過(guò)進(jìn)行物理和化學(xué)處理，除去鈦的氧化膜，使其露出新鮮均勻的鈦片。鈦是一種灰色金屬，摩爾質(zhì)量為47.87g/mol，位于周期表中第IV副族，價(jià)電子層結(jié)構(gòu)是3d24s2，常見(jiàn)化學(xué)價(jià)態(tài)為+3、+4。鈦在自然界中以鈦鐵礦(FeTi03)、金紅石(Ti02)等形式存在，在地殼中的含量非常豐富，僅次于鋁鐵鎂，居第四位。鈦的熔點(diǎn)高達(dá)1660°C，室溫下呈α -密排六方晶格。鈦的強(qiáng)度和密度之比高于鐵和鋁，它的強(qiáng)度比純鐵大I倍，差不多比純鋁高5倍。鈦?zhàn)鳛榻Y(jié)構(gòu)金屬，其機(jī)械性能介于優(yōu)質(zhì)鋼和高強(qiáng)度輕合金之間，優(yōu)于一系列的難熔金屬和耐熱金屬及其合金，一般的鈦合金拉伸強(qiáng)度可達(dá)700-1200MPa。因此,鈦合金的強(qiáng)度比目前其它任何材料都大。鈦和鈦合金在低溫下能保持其機(jī)械性能，在_253°C下仍具有足夠的韌性；在高溫下鈦合金也能保持其室溫下的性能?，F(xiàn)在，工業(yè)鈦合金長(zhǎng)時(shí)間使用的溫度可達(dá)到500°C以上，而鋁在150°C，不銹鋼在310°C即失去其原有的性能。由于本實(shí)驗(yàn)采用熱氧化法制備實(shí)驗(yàn)所需電極，因此電極基體材料必須是一種在高溫下其化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)都不會(huì)發(fā)生太大變化的材料，顯然，鈦能符合上述要求。
[0010]另外由于鈦的價(jià)格便宜，加工方便，在電化學(xué)反應(yīng)中比較穩(wěn)定，故本發(fā)明的反應(yīng)器采用鈦?zhàn)鳛榛w材料。
[0011]由于鈦對(duì)氧有極高的親和力，在含氧環(huán)境中能夠形成一層薄而堅(jiān)固的氧化物保護(hù)膜，使得它在很多強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中呈鈍化狀態(tài)，并且該層氧化膜很堅(jiān)固，即使破損也會(huì)立即再生，這就是鈦在中性、堿性、氧化性酸溶液、有機(jī)酸溶液以及氧化性氣氛中具有良好的耐腐蝕性能的原因。鈦的氧化膜導(dǎo)電性能比較差，為了降低電極的電阻，同時(shí)也為了更好地使活性涂層與鈦電極基體緊密結(jié)合，除去這層氧化膜很有必要。因此在制備電極之前，必須對(duì)鈦片進(jìn)行物理和化學(xué)處理，除去鈦的氧化膜，使其露出新鮮均勻的鈦表面。
[0012]電極的電催化的催化活性主要來(lái)自活性涂層，金屬氧化物具有半導(dǎo)體性質(zhì)，目前應(yīng)用最多的是它的陽(yáng)極析氧和析氯性質(zhì)。在環(huán)境工程方面的有機(jī)物的去除中，主要應(yīng)用它的高析氧電位和高催化活性性質(zhì)。作為一種工作電極，除必須具備工作電極的一般要求外，還要滿足對(duì)電催化的特殊要求:
a、高度的物理穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。在電化學(xué)過(guò)程中，能維持電催化活性穩(wěn)定，在使用期內(nèi)均具有高的催化活性。不同的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄姶呋姌O的壽命有不同的要求，一般在電解工業(yè)，要求電極在過(guò)電位小于10mv時(shí)，能產(chǎn)生0.riA/cm2的電流密度，且使用壽命超過(guò)一年。
[0013]b、具有一定的抗中毒能力，不會(huì)因中間產(chǎn)物或雜質(zhì)作用而中毒，從而失去活性。
[0014]C、很高的導(dǎo)電率，為電子的傳輸提供一個(gè)穩(wěn)定的、不至于引起嚴(yán)重電壓降的通道。制備方法要簡(jiǎn)單易操作，成本低廉。
[0015]d、電催化涂層和基體附著力強(qiáng)，不易剝蝕和磨損，且具有抗電解液侵蝕的能力，以保證電催化性能不下降，涂層具有較高的比表面積。
[0016]Sn02的能帶范圍相當(dāng)寬，達(dá)3.5eV，而且對(duì)酸或堿是耐腐蝕的，因此具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性；同時(shí)Sn02具有較高的導(dǎo)電性，其最高導(dǎo)電率可達(dá)3 X 10-3 Ω-1.cm-1 ο銻(Sb)的有效摻雜能改善Sn02的導(dǎo)電性，降低Sn02的電阻率。
[0017]鈰(Ce)是稀土元素的一種，其化合物具有特殊的光、電和磁性質(zhì)。Ce02的氧化能力很強(qiáng)，是稀土家族的一個(gè)主要化合物，其性質(zhì)比較穩(wěn)定，不溶于水和堿溶液，難溶于鹽酸及過(guò)氧化氫。Ce02的熱穩(wěn)定性較高，800°C時(shí)可保持不變，在980°C時(shí)失去一些氧。故嘗試制作表面涂層中含有Ce02金屬氧化物電極，使其用于污水處理。
[0018]本發(fā)明中對(duì)于鈦基體與活性層之間的材料選擇:不含中間層的金屬氧化物涂層電極在使用過(guò)程中極化程度很大，在鈦基體和表面涂層之間會(huì)產(chǎn)生幾種鈦的氧化物形成的過(guò)渡層，主要為:銳鈦礦型、板鈦礦型和金紅石型，其中以金紅石型最為普遍，金紅石型電阻率高達(dá)108 Ω，一旦形成金紅石型Ti02，金屬氧化物涂層的電阻將大幅度提高。同時(shí)，隨著極化時(shí)間的延長(zhǎng)，以為Ti02主的過(guò)渡層將逐漸將表面涂層和鈦基基體隔開(kāi)，當(dāng)Ti02與表面涂層的晶格尺寸與晶胞尺寸相差較大時(shí)，就難以形成固熔體，這種情況下，Ti02與表面涂層直接接觸時(shí)電極的內(nèi)應(yīng)力急劇上升，表面涂層與鈦基體的結(jié)合力就急劇下降導(dǎo)致涂層脫落。本實(shí)驗(yàn)采用了在鈦基體和表面活性層之間引入能阻止新生態(tài)氧滲透而且具有高導(dǎo)電性、抗腐蝕性和催化性能的中間層的方法，以增強(qiáng)電極的壽命的電極的性能。中間層物質(zhì)的選擇應(yīng)滿足下列要求:
(1)能與活性層和表面活性層形成固熔體；
(2)對(duì)強(qiáng)酸具有耐腐蝕性；
(3)具有良好的導(dǎo)電性；
(4)能與鈦基體很好的結(jié)合。
[0019]本實(shí)驗(yàn)用的中間層是(Mn、N1、Cu)。從Sn02本身的性質(zhì)來(lái)看，Sn02在酸溶液中的耐腐蝕性是很強(qiáng)的。通過(guò)添加含Mn、N1、Cu的中間層來(lái)提高電極的壽命和電催化活性。
[0020]圖2是Ti/Mn-Cu-Ni/ Sn02-Sb_Ce02電極表面活性層的SEM圖，放大5000倍，可以看出在Ti/Mn-Cu-Ni/ Sn02-Sb-Ce02電極的裂縫中存在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以阻止電解液和降解過(guò)程產(chǎn)生的氧向涂層與Ti基體結(jié)合部位的擴(kuò)散，減少了 Ti基體上Ti02絕緣層的形成，從而可以延長(zhǎng)電極壽命，這就解釋了 Ti/Mn-Cu-Ni/Sn02-Sb-Ce02電極壽命最長(zhǎng)的原因。
[0021]以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種催化電極印染廢水處理反應(yīng)器進(jìn)行了詳盡介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)本發(fā)明的變更和改進(jìn)將是可能的，而不會(huì)超出附加權(quán)利要求可規(guī)定的構(gòu)思和沮圍O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種催化電極印染廢水處理反應(yīng)器，包括電解槽、電源、鈦電極，其特征在于，所述鈦電極為采用自制片狀鈦基體涂層，所述自制片狀鈦基體為經(jīng)過(guò)進(jìn)行物理和化學(xué)處理，除去鈦的氧化膜，使其露出新鮮均勻的鈦片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種催化電極印染廢水處理反應(yīng)器，其特征在于:所述鈦基體涂層的表面活性層采用Sn02-Sb-Ce02。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種催化電極印染廢水處理反應(yīng)器，其特征在于:在鈦基體和表面活性層之間采用Mn、N1、Cu作為中間層。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種催化電極印染廢水處理反應(yīng)器，包括電解槽、電源、鈦電極，其特征在于，所述鈦電極為采用自制片狀鈦基體涂層，所述自制片狀鈦基體為經(jīng)過(guò)進(jìn)行物理和化學(xué)處理，除去鈦的氧化膜，使其露出新鮮均勻的鈦片；本發(fā)明采用鈦基涂層電極處理器，該設(shè)備不僅對(duì)印染廢水處理具有脫色效果顯著，去除有機(jī)物的能力，而且有很好的氨氮去除能力；該設(shè)備脫色效果顯著，產(chǎn)泥量少，處理時(shí)間短，使用壽命長(zhǎng)。
【IPC分類】C02F103/30, C02F1/461
【公開(kāi)號(hào)】CN105084467
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410184831
【發(fā)明人】潘映昆, 丁國(guó)際, 焦正, 魏建東, 方建東, 劉雅林
【申請(qǐng)人】潘映昆
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月5日