一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统和处理水的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，其特征在于：包括pH调节池、颗粒过滤模块、微生物除盐模块、电化学降解模块；所述电化学降解模块中包含超声发生器、紫外线灯，若干个处理单元；其中任意一个处理单元均包括阳极和阴极，所述阳极为硼掺杂金刚石电极。本发明专利技术提出紫外辅助超声耦合电催化氧化水高效节能处理系统，以阳极为硼掺杂金刚石电极的电化学降解模块为主体，内置超声发生器及紫外线灯，通过紫外线灯产生臭氧，实现了电化学降解技术、超声降解技术，臭氧降解技术与紫外光催化降解技术的耦合联动。与同类型的水处理技术相比，四种技术的耦合使其降解效率更高，同时能耗降低，可以广泛应用于各类水的处理。

【技术实现步骤摘要】
一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统和处理水的方法
本专利技术涉及一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统和处理水的方法，属于水处理

技术介绍
高浓度、难降解有机废水一直是水处理领域的难题。大部分的工业生产废水，尤其是化工、印染、食品、制药废水，基本上都具有高盐、高氨氮及高有机物浓度(COD达一万至十几万)等特征，有些甚至具有毒性。这类废水的传统的处理方法包括物化混凝沉淀+生化厌氧+好氧+深度处理、湿式催化氧化、紫外光催化臭氧氧化等处理技术，但其存在反应时间长、处理效率低、设备造价及运行成本普遍极高等缺点，因此需要高级氧化工艺技术及设备化的高级氧化污水处理设备。电化学高级氧化技术(EAOPs)通过电极表面所发生的直接氧化以及水体内电催化作用下所产生的活性氧族(ROS)，活性氯(RCS)，以及活性硫酸基团(RSS)等活性氧化性物质与有机污染物发生的间接氧化过程，可以实现不同种类废水中不同分子结构有机物的高效降解，具有清洁无二次污染等优点。然而现有的电化学高级氧化技术在应用于高浓度、难降解有机废水的处理时，仍然存在降解效率低的缺陷，从而限制了电化学氧化降解技术在水处理过程的实际应用。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种高效节能的对水体中有机污染物处理效果显著的紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统和处理水的方法。本专利技术的技术方案是：本专利技术一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，包括pH调节池、颗粒过滤模块、微生物除盐模块、电化学降解模块；所述pH调节池输出端与颗粒过滤模块相连，颗粒过滤模块出口连接到微生物除盐模块，微生物除盐模块出口连接到电化学降解模块，所述电化学降解模块中包含超声发生器、紫外线灯，若干个处理单元；其中任意一个处理单元均包括阳极和阴极，所述阳极为硼掺杂金刚石电极；所述硼掺杂金刚石电极包括电极基体以及设置于电极基体表面的电极工作层，所述电极工作层为硼掺杂金刚石层；所述硼掺杂金刚石层，包括不同含硼量的硼掺杂金刚石底层、硼掺杂金刚石中层、硼掺杂金刚石顶层。本专利技术一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，所述硼掺杂金刚石底层中，按原子比计，B/C为33333～50000ppm；所述硼掺杂金刚石中层中，按原子比计，B/C为6666～16666ppm；所述硼掺杂金刚石顶层中，按原子比计，B/C为16666～33333ppm。在本专利技术中，采用硼掺杂金刚石层作为电化学降解模块的阳极，其中，所述硼掺杂金刚石层，与电极基体接触的硼掺杂金刚石底层是作为导电层，该层中按原子比计，B/C为33333～50000ppm，在较高的掺硼量下，获得近似金属态的高导电特性，可保证硼掺杂金刚石(BDD)电极材料具有优异的导电性。而硼掺杂金刚石中层，是作为耐腐蚀层，该层中按原子比计，B/C为6666～16666ppm，在中层中，采用较低含量的硼掺杂，通过少量硼的掺杂，保留金刚石的高纯度，而由于金刚石纯度高，金刚石晶粒致密均匀，缺陷少，电化学降解过程腐蚀性物质无法通过耐腐蚀层腐蚀硅衬底，可大幅提高BDD的耐腐蚀，增加寿命。而硼掺杂金刚石顶层，是作为强电催化活性层，该层中，按原子比计，B/C为16666～33333ppm，增大硼的掺杂量，由于硼的掺杂量增大，使得硼掺杂金刚石强电催化活性层的缺陷增多对羟基自由基的利用率增加等原因，因此硼掺杂金刚石强电催化活性层具有电势窗口宽、析氧电位高、背景电流低的性质，通过对各层采用不同含量的硼掺杂，从而使得本专利技术所用BDD电极材料同时具有高导电性、高耐腐蚀性、高催化活性的特点，从而提升电化学降解模块的降解矿化效率。本专利技术一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，所述硼掺杂金刚石顶层的厚度占硼掺杂金刚石层厚度的40-60％。本专利技术一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，所述硼掺杂金刚石层表面分布有微孔和/或尖锥。本专利技术中的硼掺杂金刚石层表面分布有微孔和/或尖锥，具有高比表面积的特点。本专利技术一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，所述电极基体为经刻蚀处理的衬底，或经刻蚀处理的衬底再于衬底表面设置过渡层。作为优选，所述衬底为金属相与陶瓷相组成的复合材料，金属相在复合材料中呈连续分布；其中金属相选自镍、铌、钽、铜、钛、钴、钨、钼、铬、铁中的一种或其合金中的一种，陶瓷相选自A12O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN、B4C、AlN、WC、Cr7C3、TiC、TiB2、TiN、Ti2GeC、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3AlC2、Ti4AlC3、BaPO3中的一种。作为优选，所述衬底形状包括圆柱状、圆筒状和平板状；所述衬底结构包括三维连续网络结构、二维连续网状结构和二维封闭平板结构。专利技术人发现，采用金属和陶瓷组成的复合材料作为衬底，在复合材料中，金属相形成三维网络结构连续分布于复合材料中，可使复合材料衬底具有高导电性，并可耐电化学腐蚀，衬底中陶瓷相可有效降低衬底的热膨胀系数，减少沉积过程中由于热膨胀不均而引发的薄膜开裂现象，得到的BDD薄膜内部残余应力相对较小。作为进一步的优选，所述衬底材料选自Al2O3-Fe复合材料；TiC-Cr复合材料；Al2O3-Ni复合材料中的一种。另外，专利技术人发现，在以下两种情况下，引入过渡层，可以进一步提高BDD材料的性能，一是衬底材料中的金属相与金刚石的差异过大时，通过引入热膨胀系数适当的过渡层，可有效降低硼掺杂金刚石薄膜层/衬底界面热应力。加强材料服役性能与寿命。二是衬底材料中的金属相不适宜金刚石形核时，通入引入过渡层，可有效提升化学气相沉积效率，薄膜连续性及薄膜与衬底结合性。作为优选，所述过渡层材料选自铬、钛、钽、铌、钼中的至少一种，所述过渡层的厚度为10-30μm。在本专利技术中，只要能满足过渡层的厚度，结合性好的要求，对过渡层的制备方法不受限制，如可以采用现有技术中的电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种。作为进一步的优选，当衬底材料为Al2O3-Fe复合材料或Al2O3-Ni复合材料中，过渡层材料为钛。本专利技术一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，所述硼掺杂金刚石电极的制备方法为：步骤一、衬底刻蚀处理将清洁处理后的衬底，浸泡于酸溶液或碱溶液中，刻蚀处理、再洗涤、烘干后获得经刻蚀处理的衬底；步骤二、电极基体表面种植籽晶处理将步骤一中经刻蚀处理的衬底作为电极基体；或在经刻蚀处理的衬底表面设置过渡层后作为电极基体，然后将电极基体置于含纳米晶和/或微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中；超声处理，烘干；获得表面吸附纳米晶和/或微米晶金刚石的电极基体；步骤三、沉积硼掺杂金刚石层将步骤二中所得电极基体置于化学沉积炉中，于电极基体表面依次进行硼掺杂金刚石底层、硼掺杂金刚石中层、硼掺杂金刚石顶层的沉积，获得硼掺杂金刚石层，控制硼掺杂金刚石底层沉积过程中，含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5％～10％；含硼气体占本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，其特征在于：包括pH调节池、颗粒过滤模块、微生物除盐模块、电化学降解模块；所述pH调节池输出端与颗粒过滤模块相连，颗粒过滤模块出口连接到微生物除盐模块，微生物除盐模块出口连接到电化学降解模块，/n所述电化学降解模块中包含超声发生器、紫外线灯，若干个处理单元；其中任意一个处理单元均包括阳极和阴极，所述阳极为硼掺杂金刚石电极；所述硼掺杂金刚石电极包括电极基体以及设置于电极基体表面的电极工作层，所述电极工作层为硼掺杂金刚石层；所述硼掺杂金刚石层，包括不同含硼量的硼掺杂金刚石底层、硼掺杂金刚石中层、硼掺杂金刚石顶层。/n

【技术特征摘要】
1.一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，其特征在于：包括pH调节池、颗粒过滤模块、微生物除盐模块、电化学降解模块；所述pH调节池输出端与颗粒过滤模块相连，颗粒过滤模块出口连接到微生物除盐模块，微生物除盐模块出口连接到电化学降解模块，
所述电化学降解模块中包含超声发生器、紫外线灯，若干个处理单元；其中任意一个处理单元均包括阳极和阴极，所述阳极为硼掺杂金刚石电极；所述硼掺杂金刚石电极包括电极基体以及设置于电极基体表面的电极工作层，所述电极工作层为硼掺杂金刚石层；所述硼掺杂金刚石层，包括不同含硼量的硼掺杂金刚石底层、硼掺杂金刚石中层、硼掺杂金刚石顶层。


2.根据权利要求1所述的一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，其特征在于：所述硼掺杂金刚石底层中，按原子比计，B/C为33333～50000ppm；所述硼掺杂金刚石中层中，按原子比计，B/C为6666～16666ppm；所述硼掺杂金刚石顶层中，按原子比计，B/C为16666～33333ppm。


3.根据权利要求1所述的一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，其特征在于：所述硼掺杂金刚石顶层的厚度占硼掺杂金刚石层厚度的40-60％。


4.根据权利要求1所述的一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，其特征在于：所述硼掺杂金刚石层表面分布有微孔和/或尖锥。


5.根据权利要求1所述的一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，其特征在于：所述电极基体为经刻蚀处理的衬底，或经刻蚀处理的衬底再于衬底表面设置过渡层；
所述衬底为金属相与陶瓷相组成的复合材料，金属相在复合材料中呈连续分布；其中金属相选自镍、铌、钽、铜、钛、钴、钨、钼、铬、铁中的一种或其合金中的一种，陶瓷相选自A12O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN、B4C、AlN、WC、Cr7C3、Ti2GeC、TiC、TiB2、TiN、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3AlC2、Ti4AlC3、BaPO3中的一种；
所述衬底形状包括圆柱状、圆筒状和平板状；
所述衬底结构包括三维连续网络结构、二维连续网状结构和二维封闭平板结构。
所述过渡层材料选自铬、钛、钽、铌、钼中的至少一种，所述过渡层的厚度为10-30μm。


6.根据权利要求1所述的一种紫外辅助超声耦合电催化氧化水处理系统，其特征在于：所述硼掺杂金刚石电极的制备方法为：
步骤一、衬底刻蚀处理
将清洁处理后的衬底，浸泡于酸溶液或碱溶液中，刻蚀处理、再洗涤、烘干后获得经刻蚀处理的衬底；
步骤二、电极基体表面种植籽晶处理
将步骤一中经刻蚀处理的衬底作为电极基体；或在经刻蚀处理的衬底表面设置过渡层后作为电极基体，然后将电极基体置于含纳米晶和/或微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中；超声处理，烘干；获得表面吸附纳米晶和/或微米晶金刚石的电极基体；
步骤三、沉积硼掺杂金刚石层
将步骤二中所得电极基体置于化学沉积炉中，于电极基体表...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏秋平，周科朝，马莉，王宝峰，王立峰，施海平，陈伟鹏，
申请(专利权)人：南京岱蒙特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32