光電協同催化降解污水裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型設及一種污水處理裝置，特別是設及一種將光化學氧化技術、光催化 氧化技術和電催化氧化技術于一體并形成協同效應的光電協同催化降解污水裝置。
【背景技術】
[000^ 日前，生活污水和工業(yè)廢水的種類和排放量日益增多，成分更加復雜，其中含有許 多難降解有機物，如酪、烷基苯橫酸、氯苯酪、農藥、多氯聯苯、多環(huán)芳控、硝基芳控化合物、 染料及腐殖酸等。其中有些有機物具有致癌、致崎、致突變等作用，對環(huán)境和人類有巨大的 危害;因此，處理運類難W生物降解的有機廢水成為我們面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。
[0003] 世界性的環(huán)境污染與生態(tài)破壞使人們對高效、節(jié)能、無二次污染的環(huán)境治理技術 給予極大的關注。近年來，光催化氧化技術和電催化氧化技術作為有毒或難生物降解的有 機污染物的處理方法引起了國內外學者持續(xù)的關注'運兩種技術都具有結構簡單、操作條 件容易控制、氧化能力強、無二次污染等優(yōu)點，成為當前環(huán)境污染控制領域中最為活躍的兩 個研究熱點，并顯示出廣闊的應用前景。
[0004] 光催化技術是在半導體光催化劑的作用下，利用光能將污染物分解為無毒或毒性 較低的物質的過程?；驹硎牵寒敯雽w光催化劑受到能量大于禁帶寬度的光照射時，其 價帶上的電極受到激發(fā)，越過禁帶進入導帶，在價帶上留下帶正電的空穴，此光生空穴具有 極強氧化性，可W奪取水中的電子，生產氧化性很強的徑基自由基，徑基自由基能夠對電極 表面附近的有機污染物進行無選擇性的氧化，而且能發(fā)生所謂的"電化學燃燒"過程將有機 物徹底氧化為C〇2和水;但在實際應用中，光催化氧化過程需要通入電子捕獲劑，用于捕獲 光生電子，才能有效快速氧化降解有機物，常用的電子捕獲劑是氧氣。
[0005] 從工程角度出發(fā)，光催化處理有機廢水通常采用兩種反應系統：
[0006] -種是懸浮光催化劑水處理系統，即將粉體狀光催化劑材料分散于污水中，再施 加光福射，因光催化劑與有機污染物接觸面積大，表現出良好的光催化氧化效率，多數情況 下可W將有機物徹底礦化。然而，懸浮相粉體材料存在著難W回收、容易中毒等缺點；運些 缺點使得該體系難W成為一項實用的技術。
[0007] 另一種是固定化系統，即將光催化劑固化到適當載體上，再施加 W光福射，該系統 還可借助于外加電場提高光催化反應效率;其原理是:在光催化體系中外加電場可W在光 電極內部產生一個電位梯度，使得光生電子在電場作用下遷移到對電極，載流子得W分離， 減少"電子-空穴"的重新復合，運樣就能在半導體中維持較高的空穴濃度，有利于充分發(fā)揮 光生空穴的氧化作用，從而提高光催化反應的效率。固定化技術克服了懸浮相體系中光催 化劑難回收的缺點，并借助外電場來抑制"電子-空穴"的簡單復合，相對來說實用性更強。 但負載后催化劑的比表面積減小而帶來的量子效應和表面和界面效應減弱等問題仍懸而 未決。
[0008] 電催化技術是指在外電場的作用下使電極、電解質界面上的電荷轉移加速反應的 一種催化作用，所選用的電極材料在通電過程中具有催化劑的作用，從而改變電極反應速 率或反應方向，而其本身并不發(fā)生質的變化；即電催化作用包含電極反應和催化作用兩個 方面，因此電催化電極必需同時具有運兩種功能:①能導電和比較自由地傳遞電子;②能對 反應底物進行有效的催化活化作用。
[0009] 在電催化過程必可避免陽極有氧氣的析出，在單一的電催化氧化降解有機物中， 氧氣的析出被認為是副反應，浪費電能；因為陽極電解析出的氧氣的氧化能力遠不如徑基 自由基、雙氧水和臭氧，因此，陽極析出的氧氣大部分析出到空氣中，運就是等于浪費電能。 為了抑制析氧副反應的發(fā)生，通常采用高析氧過電位的電極材料，如沒有電催化活性的二 氧化錫/鐵基陽極，二氧化鉛陽極，或者是滲雜棚的金剛石電極材料;運類材料的析氧過電 位高，因此能有效減少析氧副反應發(fā)生，提高了電解效率。但運類材料的陽極的使用導致槽 壓高，實際能耗還是很高，因此并沒有根本上解決能耗的問題。另外，電催化主要是將有機 物降解成小分子的有機物，很難將有機物徹底降解成二氧化碳和水。
[0010] 光化學氧化也是常用的一種有機廢水處理方法。光化學氧化是在光的作用下發(fā)生 的化學反應。光化學反應需要有機分子吸收特定波長的電磁福射，受激發(fā)、產生分子激發(fā) 態(tài)，之后才會發(fā)生化學變化到另外一個穩(wěn)態(tài)，或者變成引發(fā)熱反應的中間化學產物。光化學 氧化技術存在W下不足：（1)在紫外光照射下，某些有機物能直接分解成小分子有機物或者 是二氧化碳和水，但只能針對少部分有機物才有效，且光降解有機物的效率較低；（2)通常， 光化學氧化技術需要加入臭氧、過氧化氨等作為氧化劑，過氧化氨在紫外光照射下能轉變 成氧化性能更強的徑基自由基，使污染物在紫外光照射下氧化分解。
[0011] 綜上所述，各種方法單一使用時均存在一定的局限性。因此，如何將各氧化技術聯 合應用并形成協同效應，保證水質處理效果，是當今難降解有機物廢水處理的研究方向。
[0012] 現市出上出現了采用光化學氧化和電催化氧化協同處理的裝置，如中國發(fā)明專 利，2004年2月25日公開的公開號為CN1477061A的光電協同高效凈化飲用水的技術及裝置， 其包括有集成的光解電解的一體化反應器、紫外燈、作為電解陽板的網孔材料的內筒筒體 和作為電解陰極的反應器的外筒筒體，利用紫外燈發(fā)出的紫外光的光解和電極電解的聯合 作用，通過產生具有協同增效作用的凈水效應，可迅速有效降解水中的有機污染物。然而， 經實驗表明，該裝置對污水的處理效果還是不太理想;從實施例二可W看出，該裝置對有機 碳的去除率W及對五氯酪的處理效果都較低;并受該裝置的整體結構限制，存在W下幾個 技術問題：（1)采用圓筒套圓筒的結構，單個電解槽中能夠受到光照的陽極面積受限，僅為 圓柱形陽極的內表面；（2)所選用的陽極材料為單一功能的材料，如二氧化釘/鐵基電極、二 氧化鉛/鐵基電極為電催化陽極，不具有光催化活性;二氧化鐵/鐵基電極為惰性電極，具有 光催化性能，而不具備電催化活性；（3)陰極采用不誘鋼或石墨材料，沒有光催化性能；因此[0013] 有鑒于此，本發(fā)明人對上述問題進行深入研究，遂于本案產生。 【實用新型內容】
[0014] 本實用新型的目的在于提供一種光電協同催化降解污水裝置，其可將光化學氧化 技術、光催化氧化技術和電催化氧化技術于一體，并使之形成協同效應，具有降解速度快， 效率高，結構簡易的優(yōu)點。
[0015] 為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是：
[0016] -種光電協同催化降解污水裝置，包括電解槽及設于電解槽內的石英管、紫外燈 和電極板，該紫外燈豎立于該石英管內，該電解槽上設置有污水進口和處理水出口；上述石 英管豎立穿過上述電極板，且上述石英管的上端端部向上穿出上述電解槽外，上述電極板 包括若干片陽極板和若干片陰極板，各陽極板與各陰極板平放設置，并呈由上而下間隔排 列，且兩陰極板之間具有一陽極板，上述石英管緊配合穿過各上述陽極板和各上述陰極板， 上述陽極板表面涂覆有具有電催化活性的金屬氧化物涂層，上述陰極板涂覆有具有光催