一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极技术方案

本实用新型专利技术公开一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极及其方法。该电极系统通过耦合纳米氧化锌铝高效氧还原与吸附性能、多孔碳高效吸附与自由基活化效能和三维电极结构优势，实现光电芬顿电极吸附

【技术实现步骤摘要】
一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极


[0001]本技术涉及一种有机废水的自清洁电极，具体涉及一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极。

技术介绍

[0002]多孔碳作为环境友好材料生物碳的改良版本，已经被应用在水处理领域的方方面面，其优越的吸附性能使得水处理中分离水源污染物更加便捷、廉价。但是，多孔碳作为一种非极性物质，在废水中对于亲水性有机污染物的吸附能力却有待提高。这说明在废水处理中，多孔碳更倾向于吸附水溶性较弱、极性较弱的污染物，而对水溶性较好的污染物不敏感。而纳米氧化锌铝是一种极性较强的氧化物，能够对水溶性较好的有机污染物进行有效吸附，且具有独特的催化性能，能够在光照下对有机物进行光催化降解，并且提高电极的氧还原性能，使得电芬顿系统原位生成过氧化氢的能力大幅度提升。调整氧化锌与氧化铝的比例可以大幅增加导电性能，配合多孔碳的氧化还原特性与导电性，纳米氧化锌铝多孔碳完全可以胜任电极的角色。两者的耦合不仅可以互相增强其作为吸附剂的吸附谱，而且作为电极填料还可以利用光电芬顿系统进行污染物吸附后的自清洁（电极再生），一举两得。
[0003]光电芬顿系统是利用氧化性自由基对废水中的有机污染物有效降解的氧化技术。在系统阴极对氧气进行还原，原位产生过氧化氢，利用光能与铁系催化剂对过氧化氢进行活化，可以大幅度提升系统对有机污染物的氧化能力。但是产生的氧化性自由基的寿命极短，目前技术对并不能有效地利用其氧化能力来实现污染物降解。三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极利用其吸附能力将有机污染物集中于电极表面，利用阳极氧化作用与阴极原位产生的自由基对其进行有效降解，使得降解效率大幅度提升。另外，纳米氧化锌铝在光能的作用下可以对污染物进行光催化，双重增强系统的降解效能。增强的阳极氧化作用与电极吸附作用有效解决了光电芬顿体系在碱性条件下极低的降解效率问题。
[0004]目前大部分的电极电芬顿高浓度有机废水处理设施是利用极其复杂的改性电极，利用氧化性自由基对污染物氧化降解而设计的装置。例如：中国专利（专利号为：CN 109518234 B）一种活性氢的电芬顿阴极及其制备方法，也是利用金属与金属氧化物电极来去除污染物，但事实并不能如所述电芬顿系统并不能如所述情况一直在中性条件下运行，相反，在电芬顿运行短时间内溶液会由中性变为酸性，金属Ni会迅速溶于废水中，而使电极涂层失效。中国专利（专利号为：CN 105905985 B），是是一种应用于非均相电芬顿体系的氧化石墨烯GO/PEDOT：PSS改性的石墨毡电极的制备及应用，虽然同样可以通过自由基氧化等作用去除有机污染物，但电极修饰过程过于复杂，同样不具备限域高效降解与自清洁效果，较难推广。
[0005]开发一种结构简单、便于推广、成本低廉的电芬顿系统处理有机废水的电极，是迫切需要解决的问题。本技术是基于三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极强吸附、增强版阳极氧化与自由基氧化原理，特点如下：三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极
通过强吸附集合污染物于表面，利用氧化性自由基与阳极氧化对电极自清洁；根本上解决了芬顿系统的碱性降解障碍与铁泥沉积问题；纳米氧化锌铝多孔碳与碳布耦合作用增强了光电芬顿系统自产过氧化氢的能力；紫外光作用减少了铁催化剂在芬顿系统中的用量。

技术实现思路

[0006]本技术的主要目的在于提供一种有机废水的自清洁电极电极，其次要目的在于提供一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极及其使用方法与应用。
[0007]本技术是基于三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极强吸附、增强版阳极氧化与自由基氧化原理，特点如下：三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极通过强吸附集合污染物于表面，利用氧化性自由基与阳极氧化对电极自清洁；根本上解决了芬顿系统的碱性降解障碍与铁泥沉积问题；纳米氧化锌铝多孔碳与碳布耦合作用增强了光电芬顿系统自产过氧化氢的能力；紫外光作用减少了铁催化剂在芬顿系统中的消耗量。
[0008]本技术的技术方案如下。
[0009]一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极，包括纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阳极部分与纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阴极部分；
[0010]所述纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阳极部分包括惰性金属电网层、阳极纳米氧化锌铝多孔碳填料层与阳极耐腐蚀有机玻璃层；
[0011]所述纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阴极部分包括超疏水碳布气体扩散层、阴极纳米氧化锌铝多孔碳填料层与阴极耐腐蚀有机玻璃层；
[0012]进一步地，惰性金属电网层采用钌钯钛贵金属的氧化物，钌钯钛的比例为0.09~012：0.04~0.08：1。
[0013]进一步地，阳极纳米氧化锌铝多孔碳填料层与阴极纳米氧化锌铝多孔碳填料层中纳米氧化锌铝多孔碳填料的制作方法为：850℃烧制3小时后的生物碳用稀盐酸和蒸馏水溶液反复洗净，然后在105℃下烘干，称取20 g生物碳，将其与0.05 mol二水合醋酸锌和0.001 mol九水合硝酸铝混合在40 mL乙二醇单甲醚中，迅速搅拌50分钟后将3 mL氨基乙醇滴入混合液体中搅拌3.5小时，然后将混合物加入100 mL氢氧化钠的醇溶液中迅速搅拌30分钟，混合液倒入高压反应釜中120℃反应24小时，得到纳米氧化锌铝生物碳填料；所述100 mL氢氧化钠的醇溶液中氢氧化钠的质量为5g。
[0014]进一步地，超疏水碳布气体扩散层的制作方法为：将超疏水碳布利用丙酮超声清洗2小时后隔夜，然后浸渍在聚吡咯（2.3~3.5 g）、导电炭黑（1.8~2.5 g）与25~40 mL醇溶液（5~6%）的混合悬浊液中超声处理65~90 min，105℃下干燥，即得。
[0015]进一步地，配套辅助光电芬顿系统由反应池本体、纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阳极部分、纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阴极部分、铜导线、直流电源、空气扩散室、空气输入气泵、空气输入软管、芬顿反应池、废水出水口、阀门、紫外催化功能灯、磁力搅拌器与转子与废水进液加料口组成；所述纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阴极部分将反应池本体分隔为空气扩散室和芬顿反应池；所述芬顿反应池内部设置有纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阳极部分，所述纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阳极部分通过导线与直流电源的正极连接；所述纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阴极部分通过导线与直流电源的负极连接；所述芬顿反应池内部还设置
有紫外催化功能灯，所述紫外催化功能灯与直流电源连接；所述芬顿反应池上开设有废水进液加料口；所述空气扩散室上开设有进气口，所述进气口通过空气输入软管与空气输入气泵连接；所述芬顿反应池内部设置有转子，所述芬顿反应池（14）底部设置有磁力搅拌器；所述芬顿反应池侧面上设置有废水出水口（15），所述废水出水口上设置有阀门。
[0016]进一步地，直流电源电压应高于50V。
[0017]进一步地，空气输入气泵输入气流速度应大于10 L/min。
[0018]进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极，其特征在于：包括纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阳极部分（1）与纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阴极部分（2）；所述纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阳极部分（1）包括惰性金属电网层（3）、阳极纳米氧化锌铝多孔碳填料层（4）与阳极耐腐蚀有机玻璃层（5）；所述惰性金属电网层（3）外层设置有阳极纳米氧化锌铝多孔碳填料层（4），所述阳极纳米氧化锌铝多孔碳填料层（4）位于阳极耐腐蚀有机玻璃层（5）形成的外壳内部；所述纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阴极部分（2）包括超疏水碳布气体扩散层（6）、阴极纳米氧化锌铝多孔碳填料层（7）与阴极耐腐蚀有机玻璃层（8）；所述超疏水碳布气体扩散层（6）位于阴极耐腐蚀有机玻璃层（8）内部一内壁面，阴极纳米氧化锌铝多孔碳填料层（7）填充于阴极耐腐蚀有机玻璃层（8）内其他空间。2.根据权利要求1所述一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极，其特征在于，配套辅助光电芬顿系统由反应池本体、纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阳极部分（1）、纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阴极部分（2）、铜导线（9）、直流电源（10）、空气扩散室（11）、空气输入气泵（12）、空气输入软管（13）、芬顿反应池（14）、废水出水口（15）、阀门（16）、紫外催化功能灯（17）、磁力搅拌器（18）与转子（19）与废水进液加料口（20）组成；所述纳米氧化锌铝多孔碳自清洁阴极部分（2）将反应池本体分隔为空气扩散室（11）和芬顿反应池（14）；所述芬...

【专利技术属性】
技术研发人员：利锋，张超，
申请(专利权)人：博仕燊环保科技广州有限公司，
类型：新型
国别省市：