羟基自由基产生方法、有机废水处理方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种羟基自由基产生方法、有机废水处理方法及装置，该羟基自由基的产生方法包括：将起电材料分散在水中，所述起电材料与水具有不同的电子亲和能；将所述起电材料和水发生接触起电，在接触起电的过程中产生羟基自由基。利用得到的所述羟基自由基对所述废水中的有机污染物进行降解处理，得到含有所述起电材料和被净化的废水的混合物，实现有机废水的处理。本发明专利技术的方法通过固液接触起电的物理机制催化产生化学基团，不使用依赖化学机制的化学试剂，自由基的产生随接触过程的停止而停止，过程高度可控。利用接触起电产生的羟基自由基进行有机废水处理，不会造成二次污染，该处理方式环保低耗且经济效用强。

【技术实现步骤摘要】
羟基自由基产生方法、有机废水处理方法及装置
本专利技术涉及纳米新能源和污水处理领域，特别涉及羟基自由基产生方法、有机废水处理方法及装置。
技术介绍
有机废水包括工业废水与生活废水。不同于无机废水，有机废水具有危害大、成分杂和降解难等特点，因此有机废水的无害化处理一直是学界的研究重点与工业界的关注热点。根据具体实施形式的不同，目前常用有机废水处理方法可分为：物理法、化学法与生物法。物理法通常只能去除易挥发的和乳状的悬浮杂质；化学法虽然能够降解多种杂质，但存在引入二次污染的隐患；生物法可稳定、安全地降解大部分的有机废水，但其降解效率低，且无法处理高浓度的有机废水。羟基自由基具有强氧化性，可用于处理有机废水，但是目前制备羟基自由基多采用化学方法，从而利用羟基自由基处理有机废水时，存在引入二次污染的风险。因此开发新材料，新技术与新工艺，来安全，稳定与高效地处理有机废水，保护生态环境，提高水资源循环利用率有着巨大的研究价值与产业前景。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于通过固液接触起电方式实现羟基自由基产生方法、有机废水处理方法及装置，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的第一个方面，提供了一种羟基自由基的产生方法，包括：将起电材料分散在水中，所述起电材料与水具有不同的电子亲和能；将所述起电材料和水发生接触起电，在接触起电的过程中产生羟基自由基。作为本专利技术的第二个方面，提供了一种有机废水处理的方法，包括：将起电材料分散在废水中，所述起电材料与水具有不同的电子亲和能；将所述起电材料与废水发生接触起电，在接触起电的过程中产生羟基自由基；利用得到的所述羟基自由基对所述废水中的有机污染物进行降解处理，得到含有所述材料和被净化的废水的混合物。作为本专利技术的第三个方面，提供了一种实施上述有机废水处理的方法的装置，包括：混合模块，用于将起电材料分散在有机废水中；降解模块，用于将所述起电材料和水发生接触起电，在接触起电的过程中产生羟基自由基，利用所述羟基自由基降解有机废水中的有机物，得到含有所述起电材料和被净化的废水的混合物。从上述技术方案可以看出，本专利技术的羟基自由基产生方法、有机废水处理方法及装置具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)本专利技术利用起电材料和水发生接触起电的方式产生羟基自由基，该方法通过固液接触起电的物理机制催化产生化学基团，不是依赖化学机制的化学试剂，自由基的产生随接触过程的停止而停止，已产生的也会瞬间淬灭，过程高度可控。(2)本专利技术利用接触起电产生的羟基自由基进行有机废水处理，不会造成二次污染，处理方式高度创新，环保低耗且经济效用强，蕴藏着巨大的研究价值和商业前景。附图说明图1为本专利技术实施例中超声不同时间下产生羟基自由基浓度对比；图2为本专利技术实施例中起电材料Au和PTFE与水接触起电产生的羟基自由基浓度对比结果；图3为有机废水处理装置示意图；图4为本专利技术中负电材料与水接触起电产生羟基自由基的机理示意图；图5为本专利技术中有无聚四氟乙烯粉末时产生的羟基自由基浓度对比；图6为本专利技术实施例降解模块降解不同时间后废水的液相色谱质谱联用分析结果；图7为本专利技术实施例中尼龙小球与水接触过程中甲基橙溶液的吸光度变化；图8为采用亲水性PVA粉末与水接触过程中甲基橙溶液的浓度变化；图9为PTFE粉末辐照前后与水接触起电产生的羟基自由基浓度对比。附图标记说明1聚四氟乙烯粉末2水分子3羟基自由基4氢离子5表面带一个电子的聚四氟乙烯粉末6溶解氧分子具体实施方式在实施本专利技术的过程中发现，通过特定起电材料与水接触时发生接触起电，由此产生的表面极化电荷可以催化产生羟基自由基，将其产生的羟基自由基用来进行有机废水的处理，一方面，自由基的产生随接触过程的停止而停止，已产生的也会瞬间淬灭，且在水质达标后，材料通过简单的物理过滤便可分离，因此不会造成任何二次污染；在另一方面，分离后的起电材料可多次回收用于下个催化循环，环保低耗且经济效用强，是一种高效、环保、稳定可靠的有机废水处理方案。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。根据本专利技术的实施例，提供了一种羟基自由基的产生方法，包括：将起电材料分散在水中，起电材料与水具有不同的电子亲和能；将起电材料和水发生接触起电，在接触起电的过程中产生羟基自由基。为了获得较多的羟基自由基，起电材料和水发生接触起电的温度低于起电材料的玻璃化转变温度。可以选择的温度范围为小于60摄氏度，优选25-35摄氏度。本专利技术利用起电材料和水发生接触起电的方式产生羟基自由基，该方法通过固液接触起电的物理方式产生化学基团，不使用化学试剂，自由基的产生随接触过程的停止而停止，已产生的也会瞬间淬灭，过程高度可控。根据本专利技术的实施例，起电材料与水具有不同的电子亲和能，互相接触分离过程中在表面产生不同的电荷。起电材料可以为介电材料、非介电材料、导体或者半导体等材料。起电材料是可以与水发生接触起电的材料，可以为金、锰、铬、铁、铜等金属；还可以为氧化硅、氧化锰、氧化铬、氧化铁、氧化铜、氧化锌、BiO2或Y2O3等。为了减少起电材料与水分离时液滴静电屏蔽效应带来的负面作用，起电材料优选为疏水性材料。起电材料的表面可以进行物理改性，可以通过电感耦合等离子体刻蚀等方法使其表面刻蚀出纳米或微米量级的微结构，可以增加起电材料的比表面积。起电材料的表面可以进行化学改性，可以通过离子溅射喷涂等方法对起电材料的表面进行化学官能团修饰，使得粉末状介电材料的电子亲和能朝着预期的方向改变。例如在极性为正的材料表面引入更易失电子的官能团(即强给电子团)，或者在极性为负的材料表面引入更易得电子的官能团(强吸电子团)，都能够进一步提高起电材料的起电量。强给电子团包括：氨基、羟基、烷氧基等；强吸电子团包括：酰基、羧基、硝基、磺酸基等。起电材料可以为薄膜、块状、片状、粉末状或多孔状。以介电材料为例，介电材料与水接触起电后能够将电子限域在起电材料表面更长的时间，不会使电子还未参与反应就耗散了。介电材料可以为薄膜、块状、片状、粉末状或多孔状。根据本专利技术的实施例，介电材料可以为疏水性介电材料。选用疏水性介电材料以在介电材料与水分离时减少液滴静电屏蔽效应带来的负面作用。根据本专利技术的实施例，优选起电材料为与水接触起电后带负电的材料。以介电材料为例，接触起电后带负电的介电材料与水接触起电以及产生羟基自由基的效率均高于接触起电后带正电材料；以甲基橙分子为例，甲基橙分子主体带负电，若用接触起电后带正电的介电材料，则正电材料会吸附相当一部分甲基橙分子，这部分吸附的甲基橙分子会阻碍正电材料与水的直接接触，从而导致自由基产生效率的降低。根据本专利技术的实施例，介电材料可以为聚酰亚胺(PI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种羟基自由基的产生方法，包括：/n将起电材料分散在水中，所述起电材料与水具有不同的电子亲和能；/n将所述起电材料和水发生接触起电，在接触起电的过程中产生羟基自由基。/n

【技术特征摘要】
1.一种羟基自由基的产生方法，包括：
将起电材料分散在水中，所述起电材料与水具有不同的电子亲和能；
将所述起电材料和水发生接触起电，在接触起电的过程中产生羟基自由基。


2.如权利要求1所述的产生方法，其中，将所述起电材料和水发生接触起电的方式为使得水与所述起电材料的接触面积发生变化，在起电材料表面形成电荷。


3.如权利要求2所述的产生方法，其中，所述水与所述起电材料的接触面积发生变化的方式为把所述起电材料插入/取出水中；
或者，所述水与起电材料的接触面积发生变化的方式为在水中产生气泡使所述起电材料与水发生接触分离。


4.如权利要求3所述的产生方法，其中，在水中产生气泡的方式为超声、鼓泡或搅拌，其中，
所述超声方式的功率范围为0.1～100kW，优选为22～200kHz，更优选为40kHz；
所述鼓泡方式的气体流量为1～1000sccm；鼓泡的气体种类为氧气、氮气、氩气或氦气。


5.如权利要求1-4任一项所述的产生方法，其中，所述起电材料为介电材料、非介电材料，导体、半导体；
优选的，所述起电材料为与水接触起电后带负电的材料。


6.如权利要求1-5任一项所述的产生方法，其中，所述起电材料表面进行物理改性，使其表面刻蚀出纳米或微米量级的微结构；
和\或，所述起电材料表面进行化学改性，使其表面进行化学官能团修饰。


7.如权利要求5-6任一项所述的产生方法，其中，所述起电材料为薄膜、块状、片状、粉末状或多孔状。


8.如权利要求1-7任一项所述的产生方法，其中，所述起电材料为疏水材料。


9.如权利要求5-8任一项所述的产生方法，其中，所述起电材料为介电材料；
优选的，所述介电材料为聚酰亚胺、氟化乙烯丙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲醛、聚四氟乙烯、尼龙或者聚氯乙烯中的一种。


10.如权利要求5-9任一项所述的产生方法，其中，所述介电材料的直径为10nm～80cm；优选为，100nm-5um。


11.如权利要求1-10任一项所述的产生方法，其中，所述水中含有溶解氧。


12.如权利要求1-11任一项所述的产生方法，其中，所述起电材料和水发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中林，唐伟，王子铭，白景浩，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11