一种绿色节能光电催化水处理系统及其处理水的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种绿色节能光电催化水处理系统及其处理水的方法，包括储液槽、颗粒过滤板、降解槽、微生物处理模块；智能温控模块、太阳能光‑电‑热智能转换模块；所述降解槽由若干个处理单元组成，任意一个处理单元均包括阳极、阴极，搅拌装置；所述阳极为负载有光催化剂的掺硼金刚石电极，所述阳极和阴极通过导线与电源连接，所述电源与太阳能发电单元连接；所述降解槽还包含若干个紫外线灯，所述紫外线灯直接照射于阳极；本发明专利技术通过光催化氧化和电化学氧化的有机结合，显著提高有机污染物的移除速率，降低电解能耗，且反应条件温和，环境友好，操作简单，适用于各种水质条件的水体处理。

【技术实现步骤摘要】
一种绿色节能光电催化水处理系统及其处理水的方法
本专利技术涉及一种绿色节能光电催化水处理系统及其处理水的方法，属于水处理

技术介绍
科学技术是把双刃剑。一方面，科技的发展丰富了我们的生活，提高了工作效率，另一方面，科技的发展也带来了一系列的安全问题，如环境破坏等。据世界权威机构调查，随着现代社会经济的飞速发展和科学技术的全面进步，全球范围内每年都有成千上万吨复杂人为有机化学品被消耗和排放到水环境中成为环境有机污染物。印染工业用水量大，通常每印染加工1t纺织品耗水100-200t.其中80％-90％以印染废水排出。造纸废水主要来自造纸工业生产中的制浆和抄纸两个生产过程，这两个过程都排出大量废水。焦化厂、煤气厂、石油化工厂、绝缘材料厂等工业部门以及石油裂解制乙烯、合成苯酚、聚酰胺纤维、合成染料、有机农药和酚醛树脂生产过程均排放出大量含酚废水，处理难度很大。这些工业废水中含有大量有机污染物并且种类繁多，处理方式也多种多样。考虑到可行性、效率和成本等因素时，传统的物理、化学和生物等水处理技术已难以满足当代生活、工业废水的处理需求。电化学高级氧化法近年来被认为是一种能有效降解各种有机环境污染物的“环境友好”技术，电化学氧化过程中以电子为氧化剂，无需添加额外化学试剂，绿色无污染，操作简单，可控性强，在常温常压下进行，设备简单，占地面积小，兼具消毒、絮凝和气浮的作用，并且和其他技术组合性好。但是，能耗高、降解速率低仍然是电化学高级氧化法在实际工业化应用中的技术难点和研究重点。太阳能被认为是一种取之不尽用之不竭的绿色可再生能源，现有技术已可以较高效率的利用太阳能发电、供热，通过光伏发电将太阳能转化为电能，电能可以为有机废水的电化学氧化降解供电，也可以供应维持整个废水处理系统运行的电能。另外，也可以直接用光进行有机废水的降解，有机污染物可以吸收自然环境中的部分近紫外光(290～400nm)，在有活性物质存在时即发生强烈的光化学反应，从而得到降解，具有环境友好，处理范围广等优点。但太阳光中的紫外线辐射通常只占总发射能量的5％左右，无法直接利用太阳光进行有机废水的光催化降解。
技术实现思路
本专利技术针对传统电化学氧化技术存在的问题，充分利用绿色清洁的太阳能，以负载有光催化剂的掺硼金刚石电极作为阳极为基础，提出了一种绿色节能光电催化水处理系统及其处理水的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，包括储液槽、颗粒过滤板、降解槽、微生物处理模块；智能温控模块、太阳能光-电-热智能转换模块；所述储液槽的出口设置有颗粒过滤板，并通过管道连接至降解槽，降解槽出口连接到微生物处理模块；所述智能温控模块用于控制降解槽中的水温度为5～80℃；所述太阳能光-电-热智能转换模块包含太阳能发电单元和太阳能发热单元；所述降解槽中包含若干个处理单元，任意一个处理单元均包括阳极、阴极，搅拌装置；所述阳极为负载有光催化剂的掺硼金刚石电极，所述阳极和阴极通过导线与电源连接，所述电源与太阳能发电单元连接；所述降解槽还包含若干个紫外线灯，所述紫外线灯直接照射于阳极。本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述任意一个处理单元中还包括搅拌装置。本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述颗粒过滤板选自石英砂过滤板，PP棉过滤板，孔隙率大于35PPI的微孔泡沫陶瓷板中的至少一种。所述孔隙率大于35PPI的微孔泡沫陶瓷板优选为孔隙率大于35PPI的微孔泡沫Al2O3陶瓷板、孔隙率大于35PPI的微孔泡沫ZrO2陶瓷板、孔隙率大于35PPI的微孔泡沫SiC陶瓷板中的一种。颗粒过滤板用于过滤水体中的泥沙、铁锈、悬浮物和胶体等颗粒杂质。本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述降解槽的墙体中含有相变材料。相变材料采用现有技术中常用的均可，如为石蜡、摛藻糖醇、硫酸钠、三水醋酸钠、氧化钙、脂肪酸、多元醇、磷酸氢二钠、层状钙钛矿等。本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述阳极和阴极由相互平行但互不接触的一组或多组平板电极配合组成，或者由中心同轴但互不接触的圆柱状电极与圆筒状电极配合组成，或者由两组不同直径的同轴圆筒状电极阵列配合组成，或者由蜂窝煤结构和圆柱状阵列配合组成，或者由三维连续网络结构和二维连续网状结构配合组成，或者由二维封闭平板结构和二维连续网状结构配合组成。在本专利技术中，蜂窝煤结构和圆柱状阵列配合是指阳极材料为蜂窝煤结构的多孔结构，即圆柱体中阵列排布若干直孔，而阴极为棒状材料，可插入阳极材料孔道内部，实现电解池作用。本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述阴极选自石墨、不锈钢、钛电极中的一种。本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述光催化剂包含TiO2，进一步的，所述光催化剂为掺杂改性的TiO2，所述掺杂改性选自金属离子掺杂、金属掺杂、非金属掺杂、金属-非金属共掺杂、半导体复合中的一种，优选为金属掺杂，所述金属优选为Au。TiO2的形貌可以是管状、棒状、球状或粉末状中的一种或多种。本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述负载有光催化剂的掺硼金刚石电极的制备方法选自CVD法、溶胶凝胶-浸渍涂覆法、水热法中的一种；作为优选，本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述CVD法的具体工艺为：以四异丙醇钛或四氯化钛作为钛源，N2作为载气，水蒸气或O2作为载气和反应气，在BDD电极表面沉积TiO2光催化剂，TiO2的制备是在CVD反应器中进行的，沉积结束后，在马弗炉中300-600℃煅烧1-3h。作为优选，本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述溶胶凝胶-浸渍涂覆法的具体工艺为，采用钛酸四丁酯或异丙醇钛或四氯化钛为钛源，加入溶剂中，获得混合液，所述溶剂选自乙醇、异丙醇、正丁醇中的至少一种，在混合液中加入硝酸，发生水解、缩聚反应，制得均匀透明的溶胶凝胶，然后将溶胶凝胶涂刷到制备好的BDD电极上，涂刷一层，烘干一次，如此重复3-5次后，在马弗炉中500℃煅烧0.5h，再涂刷、烘干，最后在马弗炉中300-600℃煅烧1-3h。作为优选，本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述水热法的具体工艺为：将BDD电极置于聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，加入含钛源的混合水溶液中，在150-180℃下水热合成6-20h；所述含钛前驱体的混合水溶液为0.15M三氯化钛与3M氯化钠的混合水溶液，或按(1-3)：60的体积比将钛酸四丁酯溶于去盐酸沉溶液中。在实际操作过程中，当采用水热法时，可先采用磁控溅射技术在BDD电极表面沉积一层10-20nm厚度的ZnO缓冲层或者不沉积缓冲层，另外，当光催化剂为金属掺杂TiO2时，只需在上述制备的过程中，在加入钛源时，同时加入相关掺杂金属的醇盐即可。本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述掺硼金刚石电极的电极工作层为表面分布微孔和/或尖锥的掺硼金刚石层。作为优选，本专利技术一种绿色节能光电催化水处理系统，所述硼掺杂金刚石电极为梯度硼掺杂金刚石电极，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绿色节能光电催化水处理系统，其特征在于：包括储液槽、颗粒过滤板、降解槽、微生物处理模块、智能温控模块、太阳能光-电-热智能转换模块；所述储液槽的出口设置有颗粒过滤板，并通过管道连接至降解槽，降解槽出口连接到微生物处理模块；/n所述智能温控模块用于控制降解槽中的水温度为5～80℃；/n所述太阳能光-电-热智能转换模块包含太阳能发电单元和太阳能发热单元；/n所述降解槽中包含若干个处理单元，任意一个处理单元均包括阳极、阴极，搅拌装置；所述阳极为负载有光催化剂的掺硼金刚石电极，所述阳极和阴极通过导线与电源连接，所述电源与太阳能发电单元连接；/n所述降解槽还包含若干个紫外线灯，所述紫外线灯直接照射于阳极。/n

【技术特征摘要】
1.一种绿色节能光电催化水处理系统，其特征在于：包括储液槽、颗粒过滤板、降解槽、微生物处理模块、智能温控模块、太阳能光-电-热智能转换模块；所述储液槽的出口设置有颗粒过滤板，并通过管道连接至降解槽，降解槽出口连接到微生物处理模块；
所述智能温控模块用于控制降解槽中的水温度为5～80℃；
所述太阳能光-电-热智能转换模块包含太阳能发电单元和太阳能发热单元；
所述降解槽中包含若干个处理单元，任意一个处理单元均包括阳极、阴极，搅拌装置；所述阳极为负载有光催化剂的掺硼金刚石电极，所述阳极和阴极通过导线与电源连接，所述电源与太阳能发电单元连接；
所述降解槽还包含若干个紫外线灯，所述紫外线灯直接照射于阳极。


2.根据权利要求1所述的一种绿色节能光电催化水处理系统，其特征在于：所述降解槽的墙体中含有相变材料。


3.根据权利要求1所述的一种绿色节能光电催化水处理系统，其特征在于：所述阳极和阴极由相互平行但互不接触的一组或多组平板电极配合组成，或者由中心同轴但互不接触的圆柱状电极与圆筒状电极配合组成，或者由两组不同直径的同轴圆筒状电极阵列配合组成，或者由蜂窝煤结构和圆柱状阵列配合组成，或者由三维连续网络结构和二维连续网状结构配合组成，或者由二维封闭平板结构和二维连续网状结构配合组成；
所述阴极选自石墨、不锈钢、钛电极中的一种；
所述掺硼金刚石电极的电极工作层为表面分布微孔和/或尖锥的掺硼金刚石层。


4.根据权利要求1所述的一种绿色节能光电催化水处理系统，其特征在于：
所述光催化剂包含TiO2，优选为所述光催化剂为掺杂改性的TiO2，所述掺杂改性选自金属离子掺杂、金属掺杂、非金属掺杂、金属-非金属共掺杂、半导体复合中的一种。


5.根据权利要求1所述的一种绿色节能光电催化水处理系统，其特征在于：
所述硼掺杂金刚石电极为梯度硼掺杂金刚石电极，所述梯度硼掺杂金刚石电极的润湿角θ<40°；所述梯度硼掺杂金刚石电极的电极工作层为梯度硼掺杂金刚石层；所述梯度硼掺杂金刚石层，由下至上，依次包括硼含量梯度增加的梯度硼掺杂金刚石底层、梯度硼掺杂金刚石中层、梯度硼掺杂金刚石顶层；
所述梯度硼掺杂金刚石底层中，按原子比计，B/C为3333～33333ppm；所述梯度硼掺杂金刚石中层中，按原子比计，B/C为10000～33333ppm；；所述梯度硼掺杂金刚石顶层中，按原子比计，B/C为16666～50000ppm；
所述梯度硼掺杂金刚石层的厚度为5μm～2mm；所述梯度硼掺杂金刚石中层的厚度占梯度硼掺杂金刚石层厚度的50％～90％；所述梯度硼掺杂金刚石顶层的厚度占梯度硼掺杂金刚石层厚度≤40％。


6.根据权利要求5所述的一种绿色节能光电催化水处理系统，其特征在于：
所述梯度硼掺杂金刚石电极是直接以衬底作为电极基体；或在衬底表面设置过渡层后作为电极基体，再于电极基体表面设置梯度硼掺杂金刚石层；
所述梯度硼掺杂金刚石电极的制备方法为：
步...

【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，杨万林，陈尹豪，
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