一种双电极协同产生双氧化剂的流式电化学系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种双电极协同产生双氧化剂的流式电化学系统。该电化学系统通过阴极还原氧气产生过氧化氢与阳极氧化硫酸根离子产生过二硫酸盐，耦合二价铁离子的催化作用与三维电极的优势，将过氧化氢与过二硫酸盐分别活化为羟基自由基与硫酸根自由基，高效去除有机废水中的难降解污染物。特点如下：利用电化学系统双电极充分将电能转化为氧化性化学能，并耦合阳极氧化与强氧化性自由基将难降解有机污染物断键破环，实现有效降解；双自由基氧化对有机污染物的去除效率更高；根本上解决了双电极氧化性利用不充分的问题，更加有效地处理有机废水，大大提高废水的可生化性。大大提高废水的可生化性。大大提高废水的可生化性。

【技术实现步骤摘要】
一种双电极协同产生双氧化剂的流式电化学系统


[0001]本技术涉及一种有机废水处理的电化学系统，具体涉及一种双电极协同产生双氧化剂的流式电化学系统。

技术介绍

[0002]有机废水的处理一直以来都是环境保护领域需要攻克的一大难题。在我国每年有数以亿吨的有机废水得不到有效处理而被排入自然水体，而引起较为严重的水污染事件。所以，开发一种新型高效的有机废水处理系统刻不容缓。电化学系统是一种处理有机废水的有效途径之一，通过电能将有机废水中的难降解有机污染物氧化，从而达到净水的目的，如阳极氧化法。电化学系统降解效能的提升也成为科学研究需要攻克的重点内容，而结合自由基氧化可以大大提高污染物降解效率。
[0003]本技术充分利用电化学系统阴阳两极电能，将氧气与电解质转变为氧化性化学能，然后利用铁系催化剂将其活化产生氧化性自由基，最终用于有效去除有机废水中的难降解有机物。首先，阴极上的石墨烯利用其强大的吸附作用将污染物吸附于阴极表面，并将气泵输入的氧气利用二电子还原反应生成过氧化氢，经过石墨烯与铁碳材料提供的二价铁催化剂的活化作用，生成的强氧化性羟基自由基直接氧化阴极表面的有机污染物，形成限域降解效果，大大提升了阴极羟基自由基的氧化效率；另外，阳极将电解质硫酸根离子氧化成为过二硫酸盐，同样利用铁碳材料提供的二价铁催化剂，将其活化为硫酸根自由基与羟基自由基，然后对难降解有机污染物进行有效降解；其次，电化学系统强大的阳极氧化作用可以将有机污染物直接失电子氧化，更加提升了该电化学系统对污染物的去除能力。
[0004]目前大部分的有机废水处理的电化学系统是利用昂贵且复杂的改性电极，仅仅是利用羟基自由基对难降解有机污染物进行有效去除，大大浪费了电能资源。例如：中国专利（专利号为：CN 106966465 A）三维电极构筑电化学系统，仅仅是利用羟基自由基氧化来去除污水中的污染物，且事实并不能如所述克服电该系统在碱性条件下极低的处理效率，且该电极改性较为昂贵，电极改性极为复杂且达不到理想的效果。中国专利（专利号为：CN 103553188 A），基于电催化粒子电极材料电化学系统，该专利由于忽略了阴极与阳极在结合自由基氧化方面的耦合效应，使得该电化学系统对污染物的降解效率大打折扣，而且电极改性极为复杂，不易推广。
[0005]开发一种结构简单、能充分利用能源、成本低廉的有机废水处理的电化学系统，是迫切需要解决的首要问题。本技术是基于石墨烯吸附限域降解、阳极硫酸根自由基降解、阳极氧化与阴极羟基自由基氧化原理，特点如下：利用电化学系统双电极充分将电能转化为氧化性化学能，并耦合阳极氧化与强氧化性自由基将难降解有机污染物断键破环，实现有效降解；双自由基氧化对有机污染物的去除效率更高；根本上解决了双电极氧化性利用不充分的问题，更加有效地处理有机废水，大大提高废水的可生化性。

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处理的电化学系统，其次要目的是提供一种用于有机废水处理的双电极协同产生双氧化剂的流式电化学系统的应用。
[0007]本技术是基于石墨烯吸附限域降解、阳极硫酸根自由基降解、阳极氧化与阴极羟基自由基氧化原理，特点如下：利用电化学系统双电极充分将电能转化为氧化性化学能，并耦合阳极氧化与强氧化性自由基将难降解有机污染物断键破环，实现有效降解；双自由基氧化对有机污染物的去除效率更高；根本上解决了双电极氧化性利用不充分的问题，更加有效地处理有机废水，大大提高废水的可生化性。
[0008]本技术的技术方案如下。
[0009]一种双电极协同产生双氧化剂的流式电化学系统，包括反应池本体、过二硫酸盐自产阳极板、阳极电流导线、过氧化氢自产阴极、铜导线、直流电源、高压气泵、输气软管、空气扩散气室、阳离子交换膜、阴极电芬顿反应池、阳极硫酸根类芬顿反应池与进水加料口；
[0010]所述过氧化氢自产阴极将反应池本体分隔为空气扩散气室和芬顿反应池，所述阳离子交换膜将芬顿反应池分隔为阴极电芬顿反应池和阳极硫酸根类芬顿反应池；所述阳极硫酸根类芬顿反应池内部设置有过二硫酸盐自产阳极板；所述过氧化氢自产阴极通过导线与直流电源的负极连接，所述过二硫酸盐自产阳极板通过阳极电流导线与直流电源的正极连接。
[0011]进一步地，所述阴极电芬顿反应池和阳极硫酸根类芬顿反应池顶部开设有进水加料口，底部开设有出水口；所述加料口与出水口通过废水循环输导管连通，所述废水循环输导管上设置有蠕动泵；所述废水循环输导管还开设有废水排出口。
[0012]本技术还包括阴极室出水阀门和阳极室出水阀门；所述阴极室出水阀门和阳极室出水阀门分别设置于阴极电芬顿反应池出水口和阳极硫酸根类芬顿反应池出水口。
[0013]进一步地，过二硫酸盐自产阳极板为掺硼金刚石片、钯电极片或铂电极片。
[0014]进一步地，所述阳极电流导线的组成材料为铂丝。
[0015]进一步地，过氧化氢自产阴极包括疏水空气扩散碳纤维层、石墨烯催化吸附层与耐腐蚀结构框架层；所述疏水空气扩散碳纤维层位于耐腐蚀结构框架层内部一侧，其余空间填充有石墨烯催化吸附层。
[0016]进一步地，过氧化氢自产阴极的制作方法为：将疏水碳纤维依次经过醇与水超声浸渍1小时后在105℃烘干3小时，将石墨烯、聚四氟乙烯与醇溶液按照质量比2~4：1~1.5：20~30混合，充分搅拌后，置入105℃环境下烘干至糊状，然后取出，逐层均匀涂抹于经过处理的疏水碳纤维表层，再次放入105℃环境下烘至全干，取出后放入马弗炉中355℃活化2小时，然后置入耐腐蚀结构框架层中，即得。
[0017]进一步地，直流电源额定输出电压应高于20V。
[0018]进一步地，高压气泵输入气流速度应高于20L/min。
[0019]进一步地，废水循环输导管用耐腐蚀聚丙烯树脂管胶连而成。
[0020]进一步地，阴极电芬顿反应池与阳极硫酸根类芬顿反应池中的电解质为硫酸铵与硫氰化铵，其中硫酸铵：硫氰化铵：废水的质量比为300~400：0.5~1：1000~1200。
[0021]进一步地，利用铁碳材料作为催化铁源，铁碳材料与废水质量比为1：5~8；所述铁碳材料放置于阴极电芬顿反应池和阳极硫酸根类芬顿反应池内部。
[0022]所述双电极协同产生双氧化剂的流式电化学系统应用于有机废水处理。
[0023]与现有技术相比，本技术的优势在于：
[0024]（1）本技术充分利用电化学系统阴阳两极电能，将氧气与电解质转变为氧化性化学能，然后利用铁系催化剂将其活化产生氧化性自由基，最终用于有效去除有机废水中的难降解有机物。
[0025]（2）阴极上的石墨烯利用其强大的吸附作用将污染物吸附于阴极表面，并将气泵输入的氧气利用二电子还原反应生成过氧化氢，经过石墨烯与铁碳材料提供的二价铁催化剂的活化作用，生成的强氧化性羟基自由基直接氧化阴极表面的有机污染物，形成限域降解效果，大大提升了阴极羟基自由基的氧化效率。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双电极协同产生双氧化剂的流式电化学系统，其特征在于，包括反应池本体、过二硫酸盐自产阳极板（1）、阳极电流导线（2）、过氧化氢自产阴极（3）、铜导线（7）、直流电源（8）、高压气泵（9）、输气软管（10）、空气扩散气室（11）、阳离子交换膜（12）、阴极电芬顿反应池（13）、阳极硫酸根类芬顿反应池（14）与进水加料口（15）；所述过氧化氢自产阴极（3）将反应池本体分隔为空气扩散气室（11）和芬顿反应池，所述阳离子交换膜（12）将芬顿反应池分隔为阴极电芬顿反应池（13）和阳极硫酸根类芬顿反应池（14）；所述阳极硫酸根类芬顿反应池（14）内部设置有过二硫酸盐自产阳极板（1）；所述过氧化氢自产阴极（3）通过导线与直流电源（8）的负极连接，所述过二硫酸盐自产阳极板（1）通过阳极电流导线（2）与直流电源（8）的正极连接。2.根据权利要求1所述一种双电极协同产生双氧化剂的流式电化学系统，其特征在于：所述阴极电芬顿反应池（13）和阳极硫酸根类芬顿反应池（14）顶部开设有进水加料口（15），底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：利锋，张超，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：