一种新型光电催化反应器及其构建方法和应用及空气扩散阴极的应用技术

本发明专利技术涉及一种新型光电催化反应器及其构建方法和应用及空气扩散阴极的应用。该新型光电催化反应器包括单室空腔、相对设置在单室空腔内的导电阴极和导电阳极；所述导电阴极为空气扩散阴极。空气扩散阴极作为单室平板光电极反应器的导电阴极，可充分利用转移至阴极的电子原位产生H

【技术实现步骤摘要】
一种新型光电催化反应器及其构建方法和应用及空气扩散阴极的应用
本专利技术属于光电催化水处理领域，具体涉及一种新型光电催化反应器及其构建方法和应用及空气扩散阴极的应用。
技术介绍
光电催化技术(PEC)是一种广泛应用于污染物降解的高级氧化技术，它结合了光催化与电化学的优点，通过外加恒定的偏置电势，将光生电子转移至阴极，减小电子与空穴的复合机会，提高电子与空穴的利用率，从而提高对污染物的去除效果。目前研究与应用最广的光电催化反应器为单室平板光电极反应器，它的光催化剂固定在导电阳极材料(如导电玻璃、不锈钢、钛箔和多孔金属网等)上，阴极为不锈钢、Pt等另一导电电极。这种光电催化反应器结构简单、清洁高效，但对含高浓度、高色度污染物废水的去除效果较差；而且来自外加电源的能量未得到有效利用，能耗相对较高。因此，开发一种更加高效且能量利用效率更高的新型光电催化反应器具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有光电催化反应器对高浓度、高色度废水降解效果差，且能耗相对较高的缺陷或不足，提供空气扩散阴极作为导电阴极在制备单室平板光电极反应器中的应用。空气扩散阴极作为单室平板光电极反应器的导电阴极，可充分利用转移至阴极的电子原位产生H2O2，进而提高反应器中能量的利用效率；而且产生的H2O2不仅本身具备氧化性，还可在UV下生成·OH，可有效促进对高浓度、高色度污染物的降解。利用空气扩散阴极构建的新型光电催化反应器具有较高的能量利用率和降解性能。且该反应器适用范围广、反应条件温和且简单易行，可快速降解药物、PPCPs等难降解有机物质。本专利技术的另一目的在于提供一种新型光电催化反应器。本专利技术的另一目的在于提供上述新型光电催化反应器的构建方法。本专利技术的另一目的在于提供上述新型光电催化反应器在降解有机物质中的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：空气扩散阴极作为导电阴极在制备单室平板光电极反应器中的应用。空气扩散阴极一般用于电化学方法制备H2O2，电化学方法制备H2O2，其在污水处理中需要投加芬顿催化剂如FeSO4，才能形成芬顿反应，进而产生·OH实现有机污染物的氧化去除，但因催化剂在芬顿过程中不断被消耗，导致有机污染物的降解效果不能持续提高，如果投加过量催化剂，Fe2+则易与·OH反应，进而阻碍有机物的降解。此外，FeSO4催化剂不能循环使用，且有大量的污泥产生，二次处理费用较高。本专利技术的专利技术人研究发现，将空气扩散阴极作为单室平板光电极反应器的导电阴极可大大提高单室平板光电极反应器的能量利用率和对高浓度、高色度废水的降解效果，其原因在于：空气扩散阴极作为单室平板光电极反应器的导电阴极，可充分利用转移至阴极的电子原位产生H2O2，进而提高反应器中能量的利用效率；而且产生的H2O2不仅本身具备氧化性，还可在UV下生成·OH，可有效促进对高浓度、高色度污染物的降解。一种新型光电催化反应器，包括：单室空腔、相对设置在单室空腔内的导电阴极和导电阳极；所述导电阴极为空气扩散阴极。本专利技术利用空气扩散阴极来取代常规单室平板光电极反应器中的导电阴极得到的新型光电催化反应器具有较高的能量利用率和降解性能。且该反应器适用范围广、反应条件温和且简单易行，可快速降解药物、PPCPs等难降解有机物质。本领域常规的空气扩散阴极均可用于本专利技术中取得较好的效果。在此，本专利技术也提供一种具有较好性能的空气扩散阴极。优选地，所述空气扩散阴极通过如下过程制备得到：S1、扩散层的制备：将导电材料和粘合剂混合，辊压于支撑层的一侧，加热，得扩散层；S2：催化层的制备：将催化剂和粘合剂混合，辊压于支撑层的另一侧，得催化层；即得到所述空气扩散阴极。本领域常规的导电材料、催化剂、粘合剂、支撑层均可用于本专利技术中，其用量/厚度也为常规用量/厚度。优选地，所述导电材料为炭黑、石墨或聚偏氟乙烯中的一种或几种。优选地，所述催化剂为乙炔黑、活性炭、硫酸铁或含铁和氮官能团化的石墨烯中的一种或几种。优选地，所述粘合剂为聚四氟乙烯、全氟磺酸、聚二甲基硅氧烷或聚偏氟乙烯中的一种或几种。优选地，所述支撑层为不锈钢网、铂或网状金属镍。优选地，所述导电材料和粘合剂的质量比为1:0.5～5。更为优选地，所述导电材料和粘合剂的质量比为3:7。所述催化剂和粘合剂的质量比为1:0.05～1。更为优选地，所述催化剂和粘合剂的质量比为3:1。本专利技术的空气扩散阴极的厚度可为常规厚度(如0.5～1.6mm)，各层的厚度也为常规控制。优选地，所述空气扩散阴极中扩散层的厚度为0.2～0.6mm。优选地，支撑层的厚度为0.1～0.4mm。优选地，催化层的厚度为0.2～0.6mm。本领域常规的导电阳极均可用于本专利技术中。优选地，所述导电阳极的光催化剂为TiO2或g-C3N4/TiO2。优选地，所述导电阳极的导电材料为FTO导电玻璃、铟锡氧化物半导体透明导电膜或钛网。导电阴极和导电阳极可通过导线(例如钛丝)与外电路相连。优选地，导电阴极和导电阳极的间距为0.2～5cm。在一定范围内，间距与反应器的电流密度负相关，选用不同间距时可施加不同的电流密度以达到更优的处理效果。上述新型光电催化反应器的构建方法，包括如下步骤：将导电阴极和导电阳极相对设置于单室空腔内，即得所述新型光电催化反应器。上述新型光电催化反应器在降解有机物质中的应用也在本专利技术的保护范围内。本专利技术的新型光电催化反应器可降解药物、PPCPs等难降解有机物质。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：空气扩散阴极作为单室平板光电极反应器的导电阴极，可充分利用转移至阴极的电子原位产生H2O2，进而提高反应器中能量的利用效率；而且产生的H2O2不仅本身具备氧化性，还可在UV下生成·OH，可有效促进对高浓度、高色度污染物的降解。利用空气扩散阴极构建的新型光电催化反应器具有较高的能量利用率和降解性能。且该反应器适用范围广、反应条件温和且简单易行，可快速降解药物、PPCPs等难降解有机物质。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的新型光电催化反应器实物图；图2为本专利技术实施例1提供的新型光电催化反应阴、阳极扫描电镜图；图3为不同反应器对卡马西平的降解效果图；图4为本专利技术实施例1提供的新型光电催化反应器对不同初始浓度卡马西平的去除效果；图5为本专利技术实施例1提供的新型光电催化反应器在不同pH浓度下对卡马西平的去除效果；图6为本专利技术实施例1提供的新型光电催化反应器在不同外加电流下对卡马西平的去除效果；图7为本专利技术实施例1提供的新型光电催化反应器在不同Na2SO4浓度下对卡马西平的去除效果。具体实施方式下面结合实施例进一步阐述本专利技术。这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.空气扩散阴极作为导电阴极在制备单室平板光电极反应器中的应用。/n

【技术特征摘要】
1.空气扩散阴极作为导电阴极在制备单室平板光电极反应器中的应用。


2.一种新型光电催化反应器，其特征在于，包括：单室空腔、相对设置在单室空腔内的导电阴极和导电阳极；所述导电阴极为空气扩散阴极。


3.根据权利要求2所述新型光电催化反应器，其特征在于，所述空气扩散阴极通过如下过程制备得到：
S1、扩散层的制备：将导电材料和粘合剂混合，辊压于支撑层的一侧，加热，得扩散层；
S2：催化层的制备：将催化剂和粘合剂混合，辊压于支撑层的另一侧，得催化层；即得到所述空气扩散阴极。


4.根据权利要求3所述新型光电催化反应器，其特征在于，所述导电材料为炭黑、乙炔黑或导电活性炭中的一种或几种；所述催化剂为乙炔黑；所述粘合剂为聚四氟乙烯；所述支撑层为不锈钢网或泡沫镍。


5.根据权利要求3所述新型光电催化反应器，其特征在于，所述导电材料和粘合剂的质量比为1:0.5～5；所述催化剂和粘合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广立，苏杰，曾佚浩，李婕羚，曾翠平，骆海萍，张仁铎，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44