一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置，包括反应器主体，电源和进出水系统。反应器主体包括改性碳毡阴极，碳纳米管薄膜阳极，磁化零价铁填充物。阴极壳体下部设有进水口和进气口，阳极壳体上部设有出水口。碳纳米管薄膜阳极通过钛丝和导线与电源正极相连，改性碳毡阴极通过钛丝和导线与电源负极相连。经过磁化的零价铁被置于阴极和阳极之间形成的密封区域。本实用新型专利技术可以促进零价铁的腐蚀，避免铁的流失，又可以加速三价铁离子到二价铁离子的还原，进而加速原位产生的双氧水的分解，克服了传统芬顿法中药剂投量大，污泥产生量大的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置
本技术涉及一种废水处理装置，利用可高效产双氧水的改性碳毡做阴极，碳纳米管薄膜做阳极，并将经过磁化的零价铁置于阴极和阳极之间，构建的新型过滤式电芬顿反应装置。
技术介绍
芬顿氧化反应通过二价铁离子(Fe2+)和外加双氧水(H2O2)反应产生强氧化性的羟基自由基(·OH)对污染物尤其是有机污染物进行降解，因其高效性和环境友好性在废水处理领域中得到广泛的关注和研究。但是，外加H2O2存在试剂费用高，储存和运输安全性差等缺点，限制了芬顿反应的应用。电芬顿技术利用产H2O2的材料做阴极，可以原位产H2O2，节约了试剂费用、规避了储运H2O2的不安全因素，具有突出的优势。而且，电芬顿可以促进Fe3+到Fe2+的还原，大大提高反应效率。但是，铁离子在pH大于3时发生沉淀，严重降低了反应效率，使该技术的应用受到了限制。零价铁(Fe0)取代铁离子用于芬顿反应的优势在于可持续释放铁离子，避免了铁盐投加，节省了铁盐费用，同时免去了后续处理铁盐的麻烦，减少了铁泥的生成。但是零价铁表面易被氧化，导致铁离子的溶出速率下降，进而降低H2O2的分解速率。为了促进铁离子的溶出，不少研究人员在其研究中采用了比表面积大、活性位点多、高活性的纳米Fe0。但是，纳米Fe0易团聚导致活性降低的缺点也严重限制了其应用。经过磁化的Fe0(pre-Fe0)是一种基于铁的“磁性记忆”的特性，将Fe0置于弱磁场中磁化几分钟制得的新型铁基材料。Fe0经磁化后可以大大增加Fe2+的溶出速率，加快与H2O2的反应进程，产生更多的·OH，从而提升污染物的去除速率。但是，将pre-Fe0用于电芬顿反应中的实例并不多见。目前的电芬顿反应体系局限于间歇流体系，废水处理量有限且能耗较高。连续流电芬顿体系可以在一定程度上解决上述问题。但目前连续流电芬顿体系存在双氧水产量低或不能充分发挥阴阳极同时过滤的特点，处理区域集中，易造成浓差极化。通过优化现有的电芬顿反应装置组构，达到提高氧气传质和铁利用率的目的，进而提升污染物的降解效率。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，以碳黑和聚四氟乙烯(PTFE)改性的碳毡做阴极，碳纳米管薄膜做阳极，形成柱状的过滤式反应装置，将pre-Fe0置于该装置阴、阳极之间的封闭区域，构成一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置。为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置，包括反应器主体，电源和进出水系统，所述反应器主体包括外部设置的壳体，所述壳体内由下至上依次设置有改性碳毡阴极、钛丝、磁化零价铁、PTFE膜、钛丝、碳纳米管薄膜阳极，所述改性碳毡阴极下部设置有进水口，所述碳纳米管薄膜阳极上部设有出水口，所述改性碳毡阴极由钛丝和导线与电源负极连接；所述碳纳米管薄膜阳极由钛丝和导线与电源阳极连接；所述磁化零价铁设置在所述改性碳毡阴极与碳纳米管薄膜阳极之间的密闭区域，所述密闭区域还设置有用于避免短路的PTFE膜。所述改性碳毡阴极为碳黑和聚四氟乙烯改性的碳毡构成。所述改性碳毡阴极、所述碳纳米管薄膜阳极均为圆形结构构成。所述反应器主体为圆柱形结构构成。所述反应器主体内的溶液为污水与空气混合构成。与现有技术相比，本技术的有益效果为：1)本技术利用改性碳毡原位高效产H2O2，节省了药剂费用，避免了储运H2O2带来的风险。2)本技术将pre-Fe0与电化学技术相结合，可促进Fe0的腐蚀及Fe3+到Fe2+的还原，进而加速原位产生的H2O2的分解。3)本技术采用新型过滤式反应器，便于Fe0的回收，防止Fe0随样品的流失，推动了基于Fe0的技术的实际应用。附图说明图1是基于磁化零价铁的新型过滤式反应装置整体结构示意图。图2是基于磁化零价铁的新型过滤式反应装置俯视结构示意图。图中标记为：1-进水管，2-蠕动泵，3-进气管，4-空气泵，5-进水/进气管与反应器主体的连接部件，6-改性碳毡阴极，7-钛丝，8-磁化零价铁，9-PTFE膜，10-碳纳米管薄膜阳极，11-反应器主体壳体，12-出水管与反应器主体的连接部件，13-出水管，14-电源。具体实施方式为了更好地理解本技术，下面结合说明书附图进一步说明本技术的内容：如图1-2所示，一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置，包括反应器主体，电源和进出水系统，所述反应器主体为圆柱形结构构成，其反应器主体包括外部设置的壳体11，所述壳体11内由下至上依次设置有改性碳毡阴极6、钛丝7、磁化零价铁8、PTFE膜9、钛丝7、碳纳米管薄膜阳极10；所述改性碳毡阴极6为碳黑和聚四氟乙烯改性的碳毡构成，所述改性碳毡阴极6下部设置有进水口，所述碳纳米管薄膜阳极10上部设有出水口，所述改性碳毡阴极6由钛丝7和导线与电源负极连接；所述碳纳米管薄膜阳极10由钛丝7和导线与电源阳极连接；所述磁化零价铁8设置在所述改性碳毡阴极6与碳纳米管薄膜阳极10之间的密闭区域，所述密闭区域还设置有用于避免短路的PTFE膜9；所述改性碳毡阴极6、所述碳纳米管薄膜阳极10均为圆形结构构成；所述反应器主体内的溶液为污水与空气混合构成。污水由进水管1被蠕动泵2泵入，空气由进气管3被空气泵4泵入，污水和空气混合后经过进水/进气管与反应器主体的连接部件5后进入反应器主体，经过改性碳毡阴极6后逐渐淹没磁化零价铁8并与碳纳米管薄膜阳极10接触，反应液体连通改性碳毡阴极6及碳纳米管薄膜阳极10后触发电Fenton反应，改性碳毡阴极6产生的H2O2与放置在改性碳毡阴极和碳纳米管薄膜阳极之间的pre-Fe0发生反应，产生的·OH自由基用于污染物的降解。反应后的溶液经过出水管与反应器主体的连接部件12及出水管13流出反应装置。以上所述，仅为本技术的一个实施实例而已，并非对本技术做任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺利地实施本技术；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本技术技术方案范围内，可利用以上所示的内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本技术的等效实施实例；同时，凡依据本技术的实质技术对以上实施实例所做的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均属于本技术的技术方案的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置，包括反应器主体，电源和进出水系统，其特征在于：所述反应器主体包括外部设置的壳体，所述壳体内由下至上依次设置有改性碳毡阴极、钛丝、磁化零价铁、PTFE膜、钛丝、碳纳米管薄膜阳极，所述改性碳毡阴极下部设置有进水口，所述碳纳米管薄膜阳极上部设有出水口，所述改性碳毡阴极由钛丝和导线与电源负极连接；所述碳纳米管薄膜阳极由钛丝和导线与电源阳极连接；所述磁化零价铁设置在所述改性碳毡阴极与碳纳米管薄膜阳极之间的密闭区域，所述密闭区域还设置有用于避免短路的PTFE膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置，包括反应器主体，电源和进出水系统，其特征在于：所述反应器主体包括外部设置的壳体，所述壳体内由下至上依次设置有改性碳毡阴极、钛丝、磁化零价铁、PTFE膜、钛丝、碳纳米管薄膜阳极，所述改性碳毡阴极下部设置有进水口，所述碳纳米管薄膜阳极上部设有出水口，所述改性碳毡阴极由钛丝和导线与电源负极连接；所述碳纳米管薄膜阳极由钛丝和导线与电源阳极连接；所述磁化零价铁设置在所述改性碳毡阴极与碳纳米管薄膜阳极之间的密闭区域，所述密闭区域还设置有用...

【专利技术属性】
技术研发人员：张英，周明华，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：新型
国别省市：天津;12