低传质阻力渗流式电化学方法及其反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电化学技术领域的低传质阻力渗流式电化学方法及其反应装置。所述方法为：将反应容器的阳极和阴极分别连接到直流电源的正负极，采用蠕动泵将废水泵入反应容器中，废水从反应容器中的阳极和阴极中穿过，两电极之间有绝缘层隔开，穿过电极后的废水从反应容器中排出，或者通过蠕动泵使废水在反应容器内进行循环处理。所述装置包括反应容器，反应容器内设有阳极和阴极，或者反应容器的外周围包裹阳极和阴极，阳极和阴极间设有绝缘层，阳极和阴极分别与直流电源的正负极相连，反应容器连接有蠕动泵。本发明专利技术利用废水从电极间穿过时与电极之间的相互作用减小电极表面的传质阻力，提高传质系数，继而提高电流效率，减少能量消耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电化学
的方法及其装置，具体地说，涉及的是一种 低传质阻力渗流式电化学方法及其反应装置。技术背景近年来，电化学方法作为一种环境友好的污染物处理方法发展迅速。电化学 技术是基于高效、清洁的电子的一种处理方法，无需加入别的试剂，在处理过程 中基本不产生污染。由于电化学方法的良好的环境兼容性，它在污染物控制领域 发挥着重要的作用。此外，电化学过程中的电流和电压较易测定，容易实现自动 控制。虽然电化学方法具有良好的处理效果，但是在实际中还没有得到大规模的 应用，主要的应用瓶颈是效率偏低，能耗高，运行成本较高。导致电化学效率较 低的主要原因传质效率较低。据文献报道，电化学方法氧化有机物可以在电极表 面和溶液中(0*， 0H*和03)同时发生，主要反应发生在电极表面。当反应物浓 度较低时，电极表面的反应效率主要受到有机物从溶液到电极表面传质速率的限 制。因为在电极表面的双电层中反应物只能以扩散的方式传递，限制了反应物的 传递速率。经对现有技术的文献检索发现，Marco Panizza等在《Journal of Hazardous Materials》(危险物资杂志)2008年153期第83 — 88页上发表的"Removal of colour and COD from wastewater containing acid blue 22 by electrochemical oxidation"(电化学氧化方法去除含酸性蓝22废水的色度和C0D)，该文中提出， 电化学的反应效率主要受到传质速率的限制，文中通过加大水流循环速度的方法 提高传质系数，该方法虽然在一定程度上提高了传质效果，其不足在于没有从根 本上改变有机物在电极表面传递缓慢的弊端，效果有限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有电化学方法传质较慢的问题，提出了一种低传质阻力渗流式电化学方法及其反应装置，通过使有机废水从电极间穿过时的相互作 用减小传质阻力，提高传质系数，继而提高电流效率，减少能量消耗。 本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术所涉及的低传质阻力渗流式电化学方法，具体为将反应容器的阳极 和阴极分别连接到直流电源的正负极，采用蠕动泵将废水泵入反应容器中，废水 从反应容器中的阳极和阴极中穿过，两电极之间有绝缘层隔开，穿过电极后的废 水从反应容器中排出，或者通过蠕动泵使废水在反应容器内进行循环处理。本发 明中，将废水从电极中穿过，利用废水穿透时与电极的相互作用减小反应物向电 极表面传递的阻力，同时废水的循环流动加快了电极表面和主体溶液物质的交换 更新，从而提高传质系数和电流效率，降低电化学方法的能耗。为了提高电流效率，可在废水中加入电解质，通过调节电流、反应时间和电 解质浓度等条件使有机物得到充分降解。电流、反应时间以及电解质浓度根据处 理对象的性质及浓度、处理量的多少和反应器的大小进行确定。在本专利技术中，电 流应控制在1A以下，反应时间在3h以内，电解质浓度应尽量不大于3g/L。所述的电解质为硫酸盐或盐酸盐。所述的阳极采用活性炭纤维碳纳米管电极，增大了电极反应表面积，同时利 用碳纳米管的独特性质增强反应活性；阴极可以采用活性炭纤维碳纳米管电极或 者金属网状电极；绝缘层采用绝缘材料。所述阴极和阳极的面积可以随着处理量的增加而增大，而且可为多层电极。本专利技术所涉及的低传质阻力渗流式电化学反应装置，包括反应容器，所述反 应容器内设有阳极和阴极，或者反应容器的外周围包裹阳极和阴极，阳极和阴极 间设有绝缘层，阳极和阴极分别与直流电源的正负极相连，反应容器连接有蠕动 泵。开启蠕动泵，使反应溶液在反应容器底部和上部之间进行循环，过程中溶液 透过电极缓慢流动，在这个过程中与电极充分接触，有机物被氧化降解。所述的阳极采用活性炭纤维碳纳米管电极；阴极可以采用活性炭纤维碳纳米 管电极或者金属网状电极。所述的阳极和阴极包裹在反应容器外周围，通过泵的推动力使溶液依次通过 反应容器侧壁的小孔和外周围的电极，在这个过程中达到降低传质阻力的效果， 提高电化学效率。侧壁的小孔是直接在反应容器的侧壁上开的孔，作用就是使水流通过，其大小可根据反应容器大小进行确定，原则上不应使孔径过大。为使水 流能均匀的从反应容器各个方向通过，应使小孔分布规则均匀，并保证一定的数 量，原则上与外部水流的流速比配最为合适。所述阳极和阴极，可以是单对，也可以采用多对阳极和阴极并联的形式，以 增加反映容器的处理能力。本专利技术具有显著的优点本专利技术利用废水穿透电极时与电极之间的相互作用 大大减小了污染物向电极表面传递的阻力，同时废水的循环流动加快了电极表面 和主体溶液物质的交换更新，提高了传质系数，并最终提高了电化学效率，降低 了能耗。采用了活性炭纤维结合碳纳米管电极，提高了电极的反应表面积和活性。 操作简单，设备占地较小，各种参数易于控制，可根据实际情况进行调节。附图说明图1为本专利技术装置结构示意图一； 图2为本专利技术装置结构示意图二；图中，l为阳极，2为阴极，3为绝缘层，4为蠕动泵，5为直流稳压电源，6为反应容器，7为进水口， 8为出水口。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护 范围不限于下述的实施例。实施例1处理活性艳红X-3B模拟染料废水如图1所示，本实施例采用的反应装置包括反应容器6，反应容器6分为上 下两部分，中间由阳极l、阴极2以及绝缘层3隔开，溶液由蠕动泵4不断在反 应容器6上下部分之间进行循环，在溶液循环过程中不断透过阳极1和阴极2， 在此过程中通过与电极间的相互作用，减小了传质阻力。直流稳压电源5将电压 施加到阳极1和阴极2上，并可根据反应条件进行调节。实施时，将阳极l、阴极2和绝缘层3分别固定在反应容器6上，用导线将 阳极1和阴极2与直流稳压电源5连接，在待处理的溶液中加入电解质，然后将 溶液注入反应容器6，开动蠕动泵4进行循环，接通直流稳压电源5，调节电流 密度，使反应物得到良好的去除。本实施例具体的实施条件以及结果如下反应目标溶液体积300mL 反应目标溶液浓度活性艳红X-3B 100mg/L 环境温度25°C初始pH值7 电解质浓度3g/L电极面积28cm2电压10V阳极活性炭纤维碳纳米管电极 阴极活性炭纤维碳纳米管电极体积流量80. 2mL/min。处理后染料的脱色率和COD去除率如表1所示。表1实施例1处理后染料的脱色率和COD去除率<table>table see original document page 6</column></row><table>实施例2不同电压对活性艳红X-3B脱色率的影响 本实施例采用的反应装置和实施过程与实施例1相同。 本实施例具体的实施条件以及结果如下 反应目标溶液体积300mL 反应目标溶液浓度活性艳红X-3B 50mg/L 环境温度25°C 初始pH值7电解质浓度2g/L电极面积28cra2阳极活性炭纤维碳纳米管电极 阴极活性炭纤维碳纳米管电极 体积流量80. 2mL/min。不同电压处理的脱色率如表2所示。表2实施例2不同电压处理的染料脱色率(％)<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低传质阻力渗流式电化学方法，其特征在于：将反应容器的阳极和阴极分别连接到直流电源的正负极，采用蠕动泵将废水泵入反应容器中，废水从反应容器中的阳极和阴极中穿过，两电极之间有绝缘层隔开，穿过电极后的废水从反应容器中排出，或者通过蠕动泵使废水在反应容器内进行循环处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨骥，王军，魏静，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]