本发明专利技术公开了一种光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置及方法，所述装置是利用钙钛矿负载在二氧化钛纳米管上制成复合电极材料的光电催化水处理装置，该装置设计为整体圆筒形内部螺旋状反应器，包括电解槽、直流电源、曝气装置、光照装置，所述电解槽内部设置有螺旋板，所述螺旋板将电解槽内部空间划分成由边缘向中心的单向螺旋通道，所述螺旋板由阴极极板、有机玻璃和阳极极板连接而成，所述阴极极板和阳极极板连接直流电源，有机废水从设置在电解槽上部的进水口进入，顺着螺旋板形成的单向螺旋通道向中心流动，最后从设置在电解槽中心底部的排水口流出。本发明专利技术装置具有结构简单，可有效提高催化效率，易于更换、利用效率高的优点。的优点。的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置及方法
[0001]本专利技术涉及的是一种污水处理装置，适用于含类固醇类雌激素的再生水处理，具体来说是一种光电耦合处理装置。
技术介绍
[0002]近年来，环境化学研究热点逐渐从传统污染物转向痕量新兴有机污染物，其中关注度较高的一类是类固醇类雌激素（SEs），主要包括雌酮（E1）、17β
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雌二醇（E2）、雌三醇（E3）和17α
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乙炔基雌二醇（EE2）等。SEs具有极为显著的环境内分泌干扰效应，在环境中以极低浓度（1 ng/L）就能影响生物体的生殖、发育或行为。SEs主要来自于生活污水，然而，传统的污水处理工艺都不能将SEs彻底去除，一旦排入天然水体就会对生态环境造成一定风险。
[0003]在光催化研究中，纳米TiO2由于价廉易得、耐腐蚀、光化学性质稳定以及较强的光催化氧化能力而受到青睐，尤其在降解SEs方面有显著的效果。由于纳米TiO2仅能受到紫外光的激发，而且光生电子
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空穴对极易复合。为了改善光催化降解效率，需要对TiO2进行掺杂改性引入杂质能级，增强TiO2的可见光吸收，进一步提高TiO2的光催化活性。通过掺杂金属或非金属可以降低光生载流子的复合速率，并将纳米TiO2的光吸收扩展到可见光区。
[0004]电化学（EC）氧化法具有氧化性能强、环境友好等优点，已成为处理难降解有机污染物的有效方法之一，也是一种高效去除SEs的方法。最近，作为典型的钙钛矿材料，研究表明BiFeO3表现出铁电极化和磁极化，也是一种重要的可见光催化剂，因为它的带隙窄，被认为是第三代光催化剂之一。此外，BiFeO3的铁电性能可以帮助提高光生电荷的分离效率及其反应性。
[0005]光催化和电催化作为催化特性显著的高级氧化技术具有不同的能量转换形式。近年来，结合两种技术优势的光电催化（PEC）降解技术已成为研究的重点，光电耦合催化体系越来越多地应用于降解持久性有机污染物和去除重金属等，且光电催化体系对SEs的去除发挥着有效的作用。PEC已经被证明是解决光生电子
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空穴对之间复合难题的可行途径。PEC的关键技术是制备同时具有良好光学和电学催化性能的电极材料光催化和电催化作为催化特性显著的高级氧化技术具有不同的能量转换形式。近年来，结合两种技术优势的光电催化（PEC）降解技术已成为研究的重点，光电耦合催化体系越来越多地应用于降解持久性有机污染物和去除重金属等，且光电催化体系对SEs的去除发挥着有效的作用。PEC已经被证明是解决光生电子
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空穴对之间复合难题的可行途径。PEC的关键技术是制备同时具有良好光学和电学催化性能的电极材料。
[0006]通过超声浸渍沉积负载BiFeO3修饰之后的TiO2—TNTs，其表面光电压明显提高，光学响应范围被拓宽，可见光利用率也得到提高。另外，BiFeO3/TiO2—TNTs复合电极在可见光照下降解有机污染物过程中展现了更好的光电催化活性。BiFeO3纳米颗粒在可见光激发下促进了光生电荷的产生。因此，BiFeO3纳米颗粒结合TiO2纳米管后的复合电极将会有更高的光电催化性能。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于结合光催化和电催化的特性提供高效去除再生水中污染物的一种光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置。
[0008]本专利技术通过如下技术方案得以实现，所述光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置，包括电解槽（2）、直流电源（13）、曝气装置（12）、循环装置、光照装置（1），所述电解槽（2）内部设置有螺旋板，所述螺旋板将电解槽（2）内部空间划分成由边缘向中心的单向螺旋通道，所述螺旋板由阴极极板（3）、有机玻璃（5）和阳极极板（6）连接而成，所述阴极极板（3）和阳极极板（6）连接直流电源（13），有机废水从设置在电解槽（2）上部的进水口（4）进入，顺着螺旋板形成的单向螺旋通道向中心流动，最后从设置在电解槽（2）中心底部的排水口（8）流出，排水口（8）处设置有排水阀（9），所述曝气管（11）插入螺旋板间，曝气管（11）连接曝气装置（12），所述电解槽（2）内设置有光源，所述光源通过灯管支架（10）竖直安装在电解槽（2）的中心处，所述装置底部设置有装置支架（7）支撑整个装置。
[0009]优选的，所述光源为LED灯管（1）或紫外灯。
[0010]优选的，所述螺旋板与电解槽（2）底部活动连接，所述活动连接为卡槽连接或者铰链连接。
[0011]优选的，阳极电极板采用BiFeO3/TiO2—TNTs，将高纯钛板通过电化学阳极氧化制作出二氧化钛纳米管，并通过溶胶凝胶使BiFeO3负载在二氧化钛纳米管上；阴极电极板采用的是碳交联聚四氟乙烯（C
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PTFE），可通过溶胶凝胶法制得。
[0012]优选的，所述阳极极板（6）为BiFeO3/TiO2—TNTs极板，所述BiFeO3/TiO2—TNTs制备方法包括以下步骤：（1）将钛箔片分别通过丙酮和无水乙醇超声洗净，并用氮气吹干备用；（2）以高纯钛板为阴极，钛箔片为阳极在20 V电压下氧化2 h ，氧化后洗净、干燥，并在600 ℃下烘烤0.5 h，制得TiO2纳米管；（3）配置BiFeO3前驱体溶液，将TiO2纳米管放置其中超声浸渍1 h后，在150 ℃下烘干，重复3次；（4）将步骤（3）所得负载了BiFeO3的TiO2纳米管放置马弗炉内500 ℃烘烤2 h，制得BiFeO3/TiO2—TNTs。
[0013]优选的，所述阴极极板（3）为C
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PTFE极板；所述C
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PTFE的制备方法如下：称取适量炭黑加入无水乙醇和聚四氟乙烯（PTFE）搅拌成膏状，再将膏状物用小型压片机制成薄片，并切割成相同面积大小的长方形块状，将切后的炭墨片分别贴在洗净的镍网两侧，并压制成形；最后，将压制好的电极放入马弗炉350 ℃内烘烤1 h，制得C
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PTFE。
[0014]优选的，所述阴极极板（3）的长宽为10cm
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8cm、阳极极板（6）长宽为11cm
×
8cm、均制作成半圆弧状；所述阴极极板（3）接直流电源（13）负极、阳极极板（6）接直流电源（13）正极；所述螺旋板的极板间距在1~3 cm。
[0015]优选的，所述直流电源（13）电压为5~30 V，电流密度为1~5 mA/cm2。
[0016]优选的，所述曝气装置（12）的曝气管（11）插入到阴阳极板之间以及阳极极板（6）和LED灯管（1）之间，曝入装置的气体是纯氧或者空气，气体流量是0.2~0.6 L/min。
[0017]优选的，所述排水口（8）连接有排水管，所述排水管的另一端可返回接入进水口（4），所述排水管间安装有循环蠕动泵。
[0018]所述的光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的方法，包括以下步骤：（1）开启直流电源及光源电源，将待处理有机废水从进水口进入电解槽中，并顺着螺旋板形成的单向螺旋通道向本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置，其特征在于：包括电解槽（2）、直流电源（13）、曝气装置（12）、循环装置、光照装置（1），所述电解槽（2）内部设置有螺旋板，所述螺旋板将电解槽（2）内部空间划分成由边缘向中心的单向螺旋通道，所述螺旋板由阴极极板（3）、有机玻璃（5）和阳极极板（6）连接而成，所述阴极极板（3）和阳极极板（6）连接直流电源（13），有机废水从设置在电解槽（2）上部的进水口（4）进入，顺着螺旋板形成的单向螺旋通道向中心流动，最后从设置在电解槽（2）中心底部的排水口（8）流出，排水口（8）处设置有排水阀（9），所述曝气管（11）插入螺旋板间，曝气管（11）连接曝气装置（12），所述电解槽（2）内设置有光源，所述光源通过灯管支架（10）竖直安装在电解槽（2）的中心处，所述装置底部设置有装置支架（7）支撑整个装置。2.根据权利要求1所述的光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置，其特征在于所述光源为LED灯管（1）或紫外灯。3.根据权利要求1所述的光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置，其特征在于所述螺旋板与电解槽（2）底部活动连接，所述活动连接为卡槽连接或者铰链连接。4.根据权利要求1所述的光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置，其特征在于所述阳极极板（6）为BiFeO3/TiO2‑
TNTs极板，所述BiFeO3/TiO2‑
TNTs制备方法包括以下步骤：（1）将钛箔片分别通过丙酮和无水乙醇超声洗净，并用氮气吹干备用；（2）以高纯钛板为阴极，钛箔片为阳极在20 V电压下氧化2 h ，氧化后洗净、干燥，并在600 ℃下烘烤0.5 h，制得TiO2纳米管；（3）配置BiFeO3前驱体溶液，将TiO2纳米管放置其中超声浸渍1 h后，在150 ℃下烘干，重复3次；（4）将步骤（3）所得负载了BiFeO3的TiO2纳米管放置马弗炉内500 ℃烘烤2 h，制得BiFeO3/TiO2‑
TNTs。5.根据权利要求1所述的光电耦合高级氧化处理难降解有机废水的装置，其特征在于所述阴极...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘学军，岳青松，黄斌，何欢，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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