一种高盐废水中资源回收流动式光电化学体系制造技术

一种高盐废水中资源回收流动式光电化学体系。本发明专利技术提供了一种利用高盐废水产电同步有机物降解、重金属回收的流动式光电化学体系及其应用方法，该光电化学体系包括光电化学反应器和水循环系统，所述光电化学反应器包括光阳极、金属阴极、外电路和水冷循环系统，该光电化学体系无需外能量输入，只需在可见光激发下实现产电，同时具有有机物降解同步重金属回收的性能，并且在高盐环境下可实现长期稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种高盐废水中资源回收流动式光电化学体系
本专利技术属于废水资源化
，涉及一种可见光驱动流动式光电化学(FPEC)体系及其降解高盐废水中有机物、回收重金属和电能的方法和应用。
技术介绍
经济与资源间的不均衡发展，导致资源化技术备受关注。废水中含有丰富的有机物和金属离子，是一种潜在资源。废水资源化过程是伴随着能源消耗的。太阳能作为一种绿色能源，可以持续转化成废水资源化的驱动力。然而，受到光电转化效率低、机制不清等因素的限制，导致光驱动废水资源化技术受到限制。高盐废水的处理一直是水处理领域的难点。电化学处理技术广泛用于高盐、高有机废水的处理。但是以氯离子为主的无机离子易破坏金属电极表面膜层结构，导致电极稳定性降低、出水水质变差、吨废水处理成本增加。膜层结构的破坏主要是由于金属电极与腐蚀介质界面上发生电子传递。在光电化学体系中，光照条件下，光阳极表面可以产生光生电子和空穴，光电化学体系结构可以促进光生电子在光阳极和阴极间的迁移，提高光生电子定向转移能力和综合利用效率，保证阴极稳定性。电子在外电路定向传递过程中，可以有效收集电能，进行二次利用。此外，光阳极表面产生的光生电子可用于溶液中重金属离子的还原和回收。同时光阳极表面产生的空穴可促进高活性自由基的产生，促进共存有机物的降解。因此，构建基于光电化学体系的废水资源化回收技术具有重要的研究价值。本专利技术在光电化学体系基础上构建FPEC体系，提高光电化学体系连续运行的能力，实现在高盐废水环境中持续降解有机物、回收电能和重金属的目的，为光驱动废水资源化技术提供理论参考和技术支撑。
技术实现思路
基于上述技术背景，本专利技术人进行了锐意进取，提供了一种用于高盐废水处理的具有资源回收功能的流动式光电化学体系，该光电化学体系包括光电化学反应器和水循环系统，所述光电化学反应器包括光阳极、金属阴极、外电路和水冷循环系统，本专利技术所述光电化学体系无需外能量输入，只需在可见光激发下实现产电，并具有有机物降解和重金属回收的特性，同时本专利技术引入光生阴极保护理念，有效提高了其在高盐环境下的稳定性，且可实现较高的产电量和具有长期运行的稳定性。本专利技术的第一方面在于提供一种高盐废水中具有资源回收功能的流动式光电化学体系，该光电化学体系包括：光电化学反应器和水循环系统，所述光电化学反应器包括光阳极、金属阴极、外电路和水冷循环系统。本专利技术的第二方面在于提供一种根据本专利技术第一方面所述的具有资源回收功能的流动式光电化学体系用于废水处理的用途。本专利技术的第三方面在于提供一种利用本专利技术第一方面所述的具有资源回收功能的流动式光电化学体系进行废水处理和电能回收的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、将待处理废水置于光电化学体系中；步骤2、设置处理条件进行处理。本专利技术提供的高盐废水中资源回收流动式光电化学体系具有以下优势：(1)本专利技术所述在高盐废水中具有资源回收功能的流动式光电化学体系无需外能量输入，只需在可见光的驱动下，实现太阳能向电能的转化；(2)本专利技术所述的高盐废水中具有资源回收功能的流动式光电化学体系稳定性强，成本较低，出水水质较好；(3)本专利技术所述的在高盐废水中具有资源回收功能的流动式光电化学体系对废水的处理效果优异，在提高有机物降解效率的同时实现金属回收，且有较强的产电能力和长期稳定运行的能力。附图说明图1示出本专利技术所述高盐废水中资源回收流动式光电化学体系的机理图；图2示出本专利技术所述高盐废水中资源回收流动式光电化学体系的实验装置图；图3示出本专利技术实施例6在长期运行条件下CBZ和Cu2+的浓度变化图；图4示出本专利技术实施例6在长期运行条件下电流和电压随时间的变化图；图5-a示出本专利技术实施例6所用原始304不锈钢电极表面的扫描电镜照片；图5-b示出本专利技术实施例6在长期运行条件下未保护304不锈钢电极表面的扫描电镜照片；图5-c示出本专利技术实施例6在长期运行条件下进行保护304不锈钢电极表面的扫描电镜照片；图5-d示出本专利技术实施例6在长期运行条件下去除表面沉淀后304不锈钢电极表面的扫描电镜照片；图6示出本专利技术对比例13在长期处理条件下阴极304不锈钢表面的照片。附图标号说明2-光源；3-水循环系统；4-石英窗口；6-光阳极；7-金属阴极；8-外电路；9-光电化学反应器；10-水冷循环系统。具体实施方式下面将对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。本专利技术第一方面在于提供一种具有资源回收功能的流动式光电化学体系，该光电化学体系包括：光电化学反应器9和水循环系统3，所述光电化学反应器9包括光源2、光阳极6、金属阴极7、外电路8和水冷循环系统10。所述光阳极6、金属阴极7和水冷循环系统10位于光电化学反应器9内部，外电路8一端连接光阳极6，另一端与金属阴极7相连，水冷循环系统10沿光电化学反应器9侧边内壁安装，形成回路，如图2所示。所述水循环系统3位于光电化学反应器9外部，与光电化学反应器9的两端相通，如图2所示。在本专利技术中，水循环系统为光电化学反应器输送废水，废水在光电化学反应器中进行处理，再通过水循环系统流出光电化学反应器，所述水循环系统包括管道和蓄水箱，管道用于输送废水，蓄水箱用于存储。为保证所述具有资源回收功能的流动式光电化学体系能够正常运行，该光电化学反应器还包括透光的石英窗口4。该透光的石英窗口4位于光阳极6一侧，光源2位于光电化学反应器9外侧，石英窗口4位于光阳极6和光源2之间。根据本专利技术，可见光通过透光的石英窗口激发光阳极产生光生电子和空穴进而激发整个体系的运行。本专利技术所述光电化学体系在实际应用过程中，无需外能量输入，只需借助可见光即可实现有机物的降解和金属回收，同时本专利技术提供的光电化学体系通过引入光生阴极保护理念，可避免处理高盐废水时，其中的氯离子破坏金属电极表面膜层，导致电极稳定性降低，从而使出水水质变差、吨废水处理成本增加。本专利技术所述光阳极为光响应敏感性强的光阳极，根据本专利技术一种优选地实施方式，所述光阳极选自二氧化钛、碳量子点、三氧化二铁、氧化钨、二硫化钼、四氧化钒铋和Mxene中的一种或几种，但不仅限于上述材料，优选选自二氧化钛、碳量子点、氧化钨、二硫化钼和Mxene中的一种或几种，更优选选自二氧化钛、碳量子点、氧化钨和二硫化钼中的一种或几种。碳量子点为一种新型的碳基零维材料，具有优异的光学性质，以及良好的水溶性、低毒性、环境友好，同时具有原料来源广、成本低和生物相容性好等诸多优点。在本专利技术中，采用碳量子点作为本专利技术的光阳极材料不但使本专利技术的光电化学体系具有成本低、环境友好等优点，经试验发现，还可有效去除有机污染物，提高金属的回收和产电量。同时，采用上述光阳极在光照条件下产生的光电流密度较大，其光电流密度为50～120μA/cm2。根据本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有资源回收功能的流动式光电化学体系，其特征在于，该光电化学体系包括：光电化学反应器(9)和水循环系统(3)，所述光电化学反应器(9)包括光源(2)、光阳极(6)、金属阴极(7)、外电路(8)和水冷循环系统(10)。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有资源回收功能的流动式光电化学体系，其特征在于，该光电化学体系包括：光电化学反应器(9)和水循环系统(3)，所述光电化学反应器(9)包括光源(2)、光阳极(6)、金属阴极(7)、外电路(8)和水冷循环系统(10)。


2.根据权利要求1所述的具有资源回收功能的流动式光电化学体系，其特征在于，
所述光阳极(6)、金属阴极(7)和水冷循环系统(10)位于光电化学反应器(9)内部，外电路(8)一端连接光阳极(6)，另一端与金属阴极(7)相连，水冷循环系统(10)沿光电化学反应器(9)侧边内壁安装，形成回路；
所述水循环系统(3)位于光电化学反应器(9)外部，与光电化学反应器(9)的两端相通。


3.根据权利要求1所述的具有资源回收功能的流动式光电化学体系，其特征在于，
该光电化学体系还包括透光的石英窗口(4)，该透光的石英窗口(4)位于光阳极(6)一侧；
所述光阳极选自二氧化钛、碳量子点、三氧化二铁、氧化钨、二硫化钼、四氧化钒铋和Mxene中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的具有资源回收功能的流动式光电化学体系，其特征在于，
所述金属阴极选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：何小松，崔骏，席北斗，邓雪娇，涂响，裴元生，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11