一种锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法及装置，属于水处理技术领域。本发明专利技术以Ti4O7等惰性电极为阳极材料，锌片为阴极，锌片为双性电极，通过三电极电解槽，并通过向电解槽的废水中投加电解质，施加恒定的电流，磁力搅拌，利用电絮凝电解出的锌絮体对水中的PFASs进行吸附，协同电化学氧化技术进一步将水体中的PFASs降低至70ng/L以下。本发明专利技术利用氢氧化锌具有良好的疏水性，能快速高效地吸附PFASs，协同电化学氧化技术，能进一步降低水体中的PFASs，惰性电极具有反应电位多、析氧电位高、羟基产生量大等特点，适用于电化学催化氧化降解PFASs的阳极。此技术具有电流效率高、处理量大、能耗低等优势。适用于氟化工业废水净化处理。氟化工业废水净化处理。氟化工业废水净化处理。

【技术实现步骤摘要】
一种锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法及装置


[0001]本专利技术属于污水处理领域，更具体地说，本专利技术公开了一种基于锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法及装置。

技术介绍

[0002]多氟与全氟烷基物质(Poly
‑
and perfluoroalkyl substances，PFASs)是一类环境优先处理级污染物，广泛用于消防泡沫灭火剂、金属电镀、洗印、半导体、产品涂层、包装材料、杀虫剂、表面活性剂等与生产生活关系密切的行业或产品中。PFASs其特殊的分子结构和稳定的C
‑
F键，使其能够耐受高温、光照、化学氧化还原以及微生物代谢等自然环境下的各种生物化学过程。毒理学研究表明PFASs具有对动物脏器毒性、免疫和内分泌毒性、神经毒性、致癌性、生殖及发育毒。因此其造成的环境污染问题引起了全球范围内关注和重视，被列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，美国环境保护署(EPA)将饮用水中PFOA和PFOS总和的健康咨询水平确定为70ng/L。
[0003]目前吸附、微过滤、化学降解、光降解、微波辅助降解和电催化高级氧化法等被广泛应用于去除工业废水中多氟及全氟化合物的研究中。吸附及膜分离技术被证明可有效处理低浓度多氟及全氟化合物污染水体，包括粒状活性炭和离子交换树脂等。粒状活性炭存在吸附容量小、吸附剂再生性差等问题。离子交换树脂可以有效去除低浓度(ng/L～μg/L)多氟及全氟化合物，但是在处理高浓度(mg/L)多氟及全氟化合物时受吸附容量、吸附速率和溶解性有机物(DOM)的限制，易被穿透，需要频繁再生，不适合对高浓度废水的处理。因此，现有技术中的处理方式都难以快速有效地将高浓度的PFASs降低至70ng/L的标准。
[0004]对高浓度多氟及全氟化合物废水进行有效的处理是一个巨大的挑战，锌基电絮凝技术很好的解决了此问题，能快速有效处理高浓度的PFASs。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的是针对现有技术的不足，提供一种锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法，由于锌基电絮凝虽然可以有效吸附PFASs，但单一锌基电絮凝只能将水体中的PFASs的浓度降低到μg/L，无法达到美国环境保护署(EPA)确定的健康咨询水平＜70ng/L，锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法，以Ti4O7等惰性电极为阳极材料，锌片为阴极，锌片为双性电极，通过三电极电解槽，并通过向电解槽的废水中投加电解质，施加恒定的电流，磁力搅拌，电解的锌絮体对水中的PFASs进行快速吸附，协同电化学氧化技术进一步将水体中的PFASs降低至人体健康水平(70ng/L)。利用氢氧化锌具有良好的疏水性，能快速高效地吸附PFASs，协同电化学氧化技术，能进一步降低水体中的PFASs，惰性电极具有反应位点多、析氧电位高、羟基产生量大等特点。具有电流效率高、处理量大、能耗低等优势。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]在含有PFASs废水的电解槽内加入电解质盐组成电解液，将阳极、阴极和双性电极浸泡于所述电解液中，所述阳极与电源的正极电连接，所述阴极与电源的负极电连接，所述双性电极设置于所述阳极与所述阴极之间，其中所述阳极选用惰性电极，所述双性电极和所述阴极选用金属锌制成；所述电源施加恒定的直流电压并搅拌所述电解液，电解一段时间，直至反应体系中产生的絮体自然沉积于所述电解槽底部，过滤实现固液分离，分离后获得的液体中PFASs浓度＜70ng/L。
[0008]本专利技术中的锌基絮体吸附PFASs，其吸附原理是通过疏水作用力，对于疏水性强的化合物更容易被锌基絮体吸附去除，PFOA的油水分配系数log P为4.46，表明PFOA疏水性较强，锌基絮体能通过疏水作用力有效吸附PFASs。以锌片作为双性电极以及阴极，能在短时间内析出更多的锌絮体，以达到短时间内将PFASs浓度快速降低的效果。同时还利用电絮凝絮体电催化氧化技术，能进一步降低水体中的PFASs，使水体中的PFASs浓度降低至人体健康水平。惰性阳极具有反应位点多、析氧电位高、羟基产生量大等特点，能有效的将低浓度的PFASs进一步降低。
[0009]锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法的主要分为两部分，如下：利用锌基电絮凝快速吸附废水中的PFASs，将高浓度的PFASs降低至μg/L；利用电催化氧化技术能有效的将低浓度的PFASs矿化；锌基电絮凝协同电催化氧化技术能将PFASs降低至人体健康水平。
[0010]进一步的技术方案中，所述惰性电极选用Ti4O7、BDD、Ti/SnO2‑
Sb中的任意一种制成，优选为Ti4O7。惰性阳极具有反应位点多、析氧电位高、羟基产生量大等特点，能有效的将低浓度的PFASs进一步降低。Ti4O7等惰性阳极可以获得高阳极电位，可通过控速，将电子转移到PFASs上，使PFASs降解成为可能。与此同时，Ti4O7等惰性电极具有较多的反应位点，可通过电解水产生大量的羟基，将PFASs矿化成CO2与HF。
[0011]进一步的技术方案中，所述电解质盐选用NaCl、Na2SO4、NaNO3中的任意一种，优选为NaCl。
[0012]进一步的技术方案中，加入所述电解质盐后，电解液中的电解质盐浓度＞20mM，优选的，所述电解质盐浓度为20～200mM。
[0013]进一步的技术方案中，所述双性电极与所述阳极和所述阴极的电极间距为2～4cm，此连接方式能在低电流密度、短时间的条件下析出较多的锌絮体，所述电源施加的直流电压的电流密度为2～20mA/cm2。
[0014]进一步的技术方案中，电解时间为30min，电解过程中所述双性电极和所述阴极的金属锌析出量为2.4～24.3mg/cm2。
[0015]进一步的技术方案中，所述PFASs废水的质量浓度为25mg/L，本专利技术尤其适用于处理PFASs的质量浓度为25mg/L的废水，可实现较好的去除效果。
[0016]进一步的技术方案中，所述电解液的初始pH为3～10，尤其在酸性或者碱性条件下，能获得较好的吸附效果。
[0017]进一步的技术方案中，采用的搅拌方法为磁力搅拌，搅拌转速为400～800r/min，不仅保证产生的锌絮体与PFASs充分接触，与此同时PFASs快速扩散至惰性阳极表面，能提高锌絮体的吸附能力以及惰性阳极降解PFASs能力。
[0018]进一步的技术方案中，所述PFASs的废水为以全氟壬酸、全氟辛酸和全氟庚酸为主
的氟化工业废水。
[0019]针对现有技术的不足，本专利技术的另一个目的是提供一种PFASs废水处理装置，包括电解槽、阳极、阴极、双性电极和电源，所述电解槽内含有电解质盐与PFASs废水组成的电解液，所述阳极、阴极和双性电极均浸泡于所述电解液中，所述双性电极位于所述阳极和所述阴极之间，所述阳极选用惰性电极制成，所述阴极和所述双性电极选用金属锌制成；所述电源的正极与所述阳极电连接，所述电源的负极与所述阴极电连接。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法，其特征在于，在含有PFASs废水的电解槽内加入电解质盐组成电解液，将阳极、阴极和双性电极浸泡于所述电解液中，所述阳极与电源的正极电连接，所述阴极与电源的负极电连接，所述双性电极设置于所述阳极与所述阴极之间，其中所述阳极选用惰性电极，所述双性电极和所述阴极选用金属锌制成；所述电源施加恒定的直流电压并搅拌所述电解液，电解一段时间，直至反应体系中产生的絮体自然沉积于所述电解槽底部，过滤实现固液分离，分离后获得的液体中PFASs浓度＜70ng/L。2.根据权利要求1所述的一种锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法，其特征在于：所述惰性电极选用Ti4O7、BDD、Ti/SnO2‑
Sb中的任意一种制成，优选为Ti4O7。3.根据权利要求1所述的一种锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法，其特征在于：所述电解质盐选用NaCl、Na2SO4、NaNO3中的任意一种，优选为NaCl。4.根据权利要求3所述的一种锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法，其特征在于：加入所述电解质盐后，电解液中的电解质盐浓度＞20mM，优选的，所述电解质盐浓度为20～200mM。5.根据权利要求1所述的一种锌基电絮凝协同电催化氧化处理PFASs废水的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：林辉，梁逸扬，田君，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：