一种双极协同穿透式电芬顿装置以及降解氟苯尼考的方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于水处理技术领域，具体公开了一种双极协同穿透式电芬顿装置以及降解氟苯尼考的方法。所述双极协同穿透式电芬顿装置，主要由穿透式反应器、蠕动泵和电源；所述穿透式反应器内放入木材衍生的块体碳材料电极和Ru

【技术实现步骤摘要】
一种双极协同穿透式电芬顿装置以及降解氟苯尼考的方法


[0001]本专利技术属于水处理
，特别涉及一种双极协同穿透式电芬顿装置以及降解氟苯尼考的方法。

技术介绍

[0002]电芬顿(EF)技术今年来被认为是一种环境友好型的选择，近年来在去除水中抗生素方面受到越来越多的关注。在电芬顿过程中，H2O2是在阴极表面原位电生成的(式(1
‑
2))，因此不需要外界投加，这避免了运输和储存的问题。而且由于Fe
2+
/Fe
3+
可以在阴极上循环再生(式(1
‑
3))，因此对Fe
2+
的需求极大地降低了，也同时从根本上消除了铁泥的产生。
[0003]H2O2+Fe
2+
→
Fe
3+
+OH
‑
+
·
OH
ꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
1)
[0004]O2+2e
‑
+2H
+
→
H2O2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
2)
[0005]Fe
3+
+e
‑
→
Fe
2+
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
3)
[0006]由于电芬顿最核心的部分在于阴极产生H2O2，因此对阴极的研究是研究者们关注的重点。一般来说碳材料电极能够很好地胜任电芬顿阴极的角色，这是由于其具有二电子还原性。传统的碳材料有碳纤维、碳海绵以及碳毡等，而更先进的碳材料有碳纳米管、碳纳米球以及石墨烯等也备受瞩目。但是这些碳材料成本高，制备工艺复杂，难以大规模使用。某些碳材料更是由不可再生的化石资源和有害化学物质中得到的，因此在商业化电芬顿去除实际废水中难以得到实施。
[0007]另外在常见的电芬顿体系，需要在阴极处使用外置设备进行曝气(空气或者纯氧)，提供足够的O2使得H2O2电生成反应的发生。这样的供气模式一是需要额外的设备成本投加，二是由于O2在阴极上的扩散能力，导致O2利用率很低。此外，电化学过程中阳极会发生析氧反应，但传统的电芬顿体系并不能对O2进行利用，无法提高电能利用率。

技术实现思路

[0008]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种双极协同穿透式电芬顿装置。
[0009]本专利技术另一目的在于提供一种通过双极协同穿透式电芬顿装置降解氟苯尼考(FF)的方法本。
[0010]本专利技术的目的通过下述方案实现：
[0011]一种双极协同穿透式电芬顿装置，主要由穿透式反应器、蠕动泵和电源；
[0012]所述穿透式反应器内放入木材衍生的块体碳材料(WBC)电极(阴极)和Ru
‑
IrO2/Ti电极(阳极)，通过钛片通过电源线与电源相连接；所述穿透式反应器下面为阳极，上面为阴极；溶液通过蠕动泵的带动从容器中运输到穿透式反应器内，经由阳极再穿过阴极，最后回到容器中，循环往复。
[0013]所述木材衍生的块体碳材料通过以下方法制备得到：
[0014]将椴木原料在保护性气氛下进行热处理，然后将所得产物在CO2气氛中进行活化
处理，得到木材衍生的块体碳材料。
[0015]所述热处理为在800～1000℃下碳化3～7h。所述活化处理在700～800℃下进行。
[0016]上述保护性气氛和CO2气氛保持的进气速率均为40～60mL/min。
[0017]一种通过双极协同穿透式电芬顿装置降解氟苯尼考(FF)的方法，包括以下步骤：
[0018]将上述双极协同穿透式电芬顿装置组装好后，将含氟苯尼考的待处理污水通入容器中，并加入Na2SO4和Fe
2+
盐，使污水通过蠕动泵的带动从容器中运输到穿透式反应器内，经由阳极再穿过阴极，最后回到容器中，循环往复，对氟苯尼考进行降解。
[0019]所述Fe
2+
盐优选为FeSO4和FeCl2中的至少一种；所述Na2SO4在污水的浓度为40～60mM，优选为50mM，所述Fe
2+
盐在污水的浓度为0.1～0.5mM，优选为0.25mM。所述污水的pH为1～6，优选为2～4。所述含氟苯尼考在无水中的浓度优选为50～200mg/L。
[0020]所述双极协同穿透式电芬顿装置中的电源输出的电流为15～40mA。
[0021]本专利技术电芬顿装置中，Ru
‑
IrO2/Ti阳极是活性电极，在电势的驱动下产生羟基自由基。之后羟基自由基被活性表面吸附氧化电极表面，形成活性氧化态(MO)，对FF进行氧化降解。WBC阴极具有超高的比表面积以及分级多孔的结构特点易吸附大量的FF，因此FF随着水流的运输进入到阴极的3D互联孔隙通道中被吸附去除。除此之外，WBC阴极同时也接收到来自阳极分解水产生的氧气，在阴极表面发生电还原生成了H2O2，与分散在溶液中的二价铁离子发生芬顿反应，生产大量的具有氧化降解FF的羟基自由基。而反应过后的二价铁离子变成三价铁离子，又可以在阴极电还原再生成二价铁离子，进而不断地发生芬顿反应的循环。同时阴极对FF的大量吸附以及其自身独特的结构使延长了溶质的滞留时间，极大地提高了羟基自由基对FF的接触效率。通过以上三种对FF的去除途径的协同，FF迅速被降解去除，分解成无机离子，如F
‑
、Cl
‑
、SO
42
‑
和NO3‑
等以及一些小分子有机物。
[0022]本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
[0023]本专利技术开发出了穿透式电极模式，将阳极产生的氧气直接运输到阴极加以利用，无需外置设备进行曝气，这不仅提高了电能利用效率，同时可以省去外置设备的成本。双极协同穿透式电芬顿去除FF体系中存在着阴极吸附、阳极电氧化以及电芬顿反应，在40mA的电流下，FF降解率达到98％。同时与传统电芬顿进行对比，证实比传统电芬顿体系效果更强，其去除速率是传统流过式电极模式的10倍。进行了5次循环实验，FF的降解效果并没有明显的下降。
附图说明
[0024]图1为传统电芬顿体系与双击协同穿透式电芬顿体系示意图。
[0025]其中
①
电源，
②
气泵，
③
WBC阴极，
④
Ru
‑
IrO2/Ti阳极，
⑤
电解池和水浴加热锅，
⑥
穿透式电芬顿反应器，
⑦
蠕动泵。
[0026]图2为实施例1中未活化与CO2活化WBC对比实验；同一时间点的左柱为活化WBC，右柱为未活化WBC。
[0027]图3为实施例2
‑
5中FF的降解曲线；其中(a)和(b)分别为电流因素与假一级动力学曲线，(c)和(d)为pH因素与假一级本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极协同穿透式电芬顿装置，其特征在于主要由穿透式反应器、蠕动泵和电源；所述穿透式反应器内放入木材衍生的块体碳材料电极和Ru
‑
IrO2/Ti电极，通过钛片通过电源线与电源相连接；所述穿透式反应器下面为阳极，上面为阴极；溶液通过蠕动泵的带动从容器中运输到穿透式反应器内，经由阳极再穿过阴极，最后回到容器中，循环往复。2.根据权利要求1所述的双极协同穿透式电芬顿装置，其特征在于：所述木材衍生的块体碳材料通过以下方法制备得到：将椴木原料在保护性气氛下进行热处理，然后将所得产物在CO2气氛中进行活化处理，得到木材衍生的块体碳材料。3.根据权利要求1所述的双极协同穿透式电芬顿装置，其特征在于：所述热处理为在800～1000℃下碳化3～7h；所述活化处理在700～800℃下进行。4.根据权利要求1所述的双极协同穿透式电芬顿装置，其特征在于：上述保护性气氛和CO2气氛保持的进气速率均为40～60mL/min。5.一种通过双极协同穿透式电芬顿装置降解...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓琼芳，田力，牛军峰，邱永福，李衍亮，杨波，张舒婷，杨泽洪，陈中颖，任秀文，刘畅，崔恺，郑文丽，张笑园，刘静静，卢金成，孟翠琳，
申请(专利权)人：深圳大学生态环境部华南环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：