一种高效节能三维电极有机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高效节能三维电极水处理系统及其处理水的方法，包括水加压模块，颗粒过滤模块，O

【技术实现步骤摘要】
一种高效节能三维电极有机水处理系统及其处理水的方法
本专利技术涉及一种高效节能三维电极有机水处理系统及其处理水的方法，属于水处理

技术介绍
电化学高级氧化技术(EAOPs)是通过电场作用在具有催化活性的电极表面直接发生电化学反应或产生以羟基自由基为主的活性氧化剂去除污水中难降解有机物的过程。羟基自由基具有很高的氧化还原电位，可以将水中有机污染物直接氧化为无毒小分子物质甚至CO2和H2O，可以高效快速降解有机废水，无二次污染。电化学高级氧化技术中阳极材料的选择至关重要。硼掺杂金刚石(BDD)因具有优良的电化学稳定性，极宽的电势窗口，良好的物理化学性能及表面弱吸附性等优势而在电化学高级氧化
中广泛应用。BDD的电催化活性主要受微观结构影响，电极的比表面积影响最大。因为电极比表面积越大，有效活性面积越大，这不仅增大了污水与电极的接触面积，也增加了电催化过程中电极表面的活性反应位点，可以产生更多的羟基自由基，从而提高BDD电极降解水的效率。在实际降解过程中，因为羟基自由基易淬灭，一般只在阳极电极周围分布，无法扩散到溶液中，所以传质速率也是电化学高级氧化技术降解效率的主要影响因素。传统降解系统只能通过搅拌提高水的混乱度从而提高降解效率，无法从根本上解决问题。
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三维电极水处理系统及其处理水的方法，本专利技术中的电化学降解模块以泡沫BDD作为降解阳极，且在阴极与阳极之间还设有负载于泡沫骨架上的粒子电极，从而增加了电化学活性位点，提高了传质速率，大大增加了降解效率。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：本专利技术一种高效节能三维电极水处理系统，包括水加压模块，颗粒过滤模块，O3/H2O2氧化降解模块，电化学降解模块，微生物除盐模块，太阳能发电模块；所述水加压模块出口连接至颗粒过滤模块，颗粒过滤模块出口连接至O3/H2O2氧化降解模块，O3/H2O2氧化降解模块出口连接至电化学降解模块，电化学降解模块出口连接至微生物除盐模块；所述电化学降解模块由若干个处理单元组成，任意一个处理单元均包括阳极和阴极，以及位于阴极与阳极之间的粒子电极；所述阳极和阴极通过导线与直流电源连接，所述直流电源与太阳能发电模块连接；所述阳极为硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石电极包含衬底以及设置于衬底表面的电极工作层，所述硼掺杂金刚石电极的电极工作层为硼掺杂金刚石层，所述硼掺杂金刚石层包含不同硼含量的硼掺杂金刚石底层和硼掺杂金刚石顶层，所述衬底选自泡沫陶瓷或泡沫金属。本专利技术一种高效节能三维电极水处理系统，所述阴极选自掺硼金刚石电极，网状不锈钢、钛网，多孔碳材料中的至少一种。本专利技术一种高效节能三维电极水处理系统，所述阳极和阴极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。本专利技术一种高效节能三维电极水处理系统，当衬底选自泡沫陶瓷时，所述硼掺杂金刚石底层中，按原子比计，B/C为20000-33333；所述硼掺杂金刚石顶层中，按原子比计，B/C为10000-20000ppm。相较于金属材料，陶瓷材料具有更低的热膨胀系数和热稳定性，因此在其表面设置硼掺杂金刚石层，可以具有极佳的结合性能，然而陶瓷材料大多数导电性不足，本专利技术中在与陶瓷衬底表面接触的底层采用高硼含量进行掺杂，从而可以赋予陶瓷材料较高的导电性，另外顶层采用更低的硼含量进行掺杂，保证BDD电极的耐腐蚀性。本专利技术一种高效节能三维电极水处理系统，当衬底选自泡沫金属时，所述硼掺杂金刚石底层中，按原子比计，B/C为0-10000；优选为3333-10000；所述硼掺杂金刚石顶层中，按原子比计，B/C为10000-20000ppm。相较于陶瓷材料，金属材料的导电性更优，然而热膨胀系数更高，因此在与衬底表面接触的底层采用低硼含量进行掺杂，从而增加附着力，且提高耐腐蚀性，而表层适当提高硼含量，以保证优异的电催化活性。本专利技术一种高效节能三维电极水处理系统，所述衬底为三维网络互穿大孔泡沫结构。本专利技术一种高效节能三维电极水处理系统，所述泡沫陶瓷选自SiC及掺杂SiC、A12O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN、B4C、AlN、TiB2、TiN、WC、Cr7C、Ti2GeC、Ti2AlC和Ti2AlN、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3AlC2、Ti4AlC3陶瓷中的一种；所述泡沫金属选自镍、铌、钽、铜、钛、钴、钨、钼、铬、铁中的一种。在实际操作过程中，当衬底村料选自某些泡沫金属时，若该金属材料不易形核，或金属材料热膨胀系数过大时，需要先于衬底表面设置过渡层，再于过渡层表面设置硼掺杂金刚石层。所述过渡层材料选自铬、钛、钽、铌、钼中的至少一种，厚度为5-35μm。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。本专利技术一种高效节能三维电极水处理系统，当衬底选自泡沫陶瓷时，所述硼掺杂金刚石电极的制备方法，包括如下步骤：步骤一：衬底的预处理将衬底置于含纳米晶和/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/或微米晶金刚石的衬底；步骤二：沉积梯度硼掺杂金刚石层将步骤一中所得衬底置于化学沉积炉中，于衬底表面依次进行二段沉积，获得硼掺杂金刚石层，控制第一段沉积过程中，含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.03-0.05％；生长温度为600-1000℃，生长气压103-104Pa，控制第二段沉积过程中，含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5％-10％；含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.015-0.03％；生长温度为600-1000℃，生长气压103-104Pa；步骤三、高温处理将己沉积硼掺杂金刚石层的电极基体进行热处理，所述热处理温度为400-1200℃，处理时间为5-180min；炉内压强为10Pa-105Pa，热处理环境为含刻蚀性气氛环境。本专利技术一种高效节能三维电极水处理系统，当衬底选自泡沫金属时，所述硼掺杂金刚石电极的制备方法，包括如下步骤：步骤一：衬底的预处理将衬底或设置有过渡层的衬底置于含纳米晶和/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/或微米晶金刚石的衬底；步骤二：沉积梯度硼掺杂金刚石层将步骤一中所得衬底置于化学沉积炉中，于衬底表面依次进行二段沉积，获得硼掺杂金刚石层，控制第一段沉积过程中，含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0-0.03％；生长温度为6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效节能三维电极水处理系统，其特征在于：包括水加压模块，颗粒过滤模块，O

【技术特征摘要】
1.一种高效节能三维电极水处理系统，其特征在于：包括水加压模块，颗粒过滤模块，O3/H2O2氧化降解模块，电化学降解模块，微生物除盐模块，太阳能发电模块；
所述水加压模块出口连接至颗粒过滤模块，颗粒过滤模块出口连接至O3/H2O2氧化降解模块，O3/H2O2氧化降解模块出口连接至电化学降解模块，电化学降解模块出口连接至微生物除盐模块；
所述电化学降解模块由若干个处理单元组成，任意一个处理单元均包括阳极和阴极，以及位于阴极与阳极之间的粒子电极；所述阳极和阴极通过导线与直流电源连接，所述直流电源与太阳能发电模块连接；所述阳极为硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石电极包含衬底以及设置于衬底表面的电极工作层，所述硼掺杂金刚石电极的电极工作层为硼掺杂金刚石层，所述硼掺杂金刚石层包含不同硼含量的硼掺杂金刚石底层和硼掺杂金刚石顶层，所述衬底选自泡沫陶瓷或泡沫金属。


2.根据权利要求1所述的一种高效节能三维电极水处理系统，其特征在于：所述阴极选自掺硼金刚石电极，网状不锈钢、钛网，多孔碳材料中的至少一种；
所述阳极和阴极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。


3.根据权利要求1所述的一种高效节能三维电极水处理系统，其特征在于：当衬底选自泡沫陶瓷时，所述硼掺杂金刚石底层中，按原子比计，B/C为20000-33333；所述硼掺杂金刚石顶层中，按原子比计，B/C为10000-20000ppm；
当衬底选自泡沫金属时，所述硼掺杂金刚石底层中，按原子比计，B/C为0-10000；所述硼掺杂金刚石顶层中，按原子比计，B/C为10000-20000ppm。


4.根据权利要求1所述的一种高效节能三维电极水处理系统，其特征在于：所述衬底为三维网络互穿大孔泡沫结构；所述泡沫陶瓷选自SiC及掺杂SiC、A12O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN、B4C、AlN、TiB2、TiN、WC、Cr7C、Ti2GeC、Ti2AlC和Ti2AlN、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3AlC2、Ti4AlC3陶瓷中的一种；所述泡沫金属选自泡沫镍、铌、钽、铜、钛、钴、钨、钼、铬、铁中的一种。


5.根据权利要求1所述的一种高效节能三维电极水处理系统，其特征在于：当衬底选自泡沫陶瓷时，所述硼掺杂金刚石电极的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：衬底的预处理
将衬底置于含纳米晶和/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/或微米晶金刚石的衬底；
步骤二：沉积梯度硼掺杂金刚石层
将步骤一中所得衬底置于化学沉积炉中，于衬底表面依次进行二段沉积，获得硼掺杂金刚石层，控制第一段沉积过程中，含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.03-0.05％；生长温度为600-1000℃，生长气压103-104Pa，控制第二段沉积过程中，含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5％-10％；含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.015-0.03％；生长温度为600-1000℃，生长气压103-104Pa；
步骤三、高温处理
将己沉积硼掺杂金刚石层的电极基体进行热处理，所述热处理温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏秋平，马莉，周科朝，王立峰，王宝峰，施海平，李志伸，
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