一种电催化与芬顿协同的废水降解方法技术

本发明专利技术提供了一种电催化与芬顿协同的废水降解方法，包括以下步骤：在阳极反应区内对废水溶液进行电化学阳极氧化处理，在阴极反应区内进行电合成双氧水反应；将电化学阳极氧化处理后的废水溶液与阴极反应后的双氧水溶液混合进行芬顿处理，芬顿处理过程中利用电合成的双氧水，在芬顿催化剂的作用下生成

【技术实现步骤摘要】
一种电催化与芬顿协同的废水降解方法


[0001]本专利技术属于废水处理领域，具体涉及一种用于废水处理的电催化与芬顿协同工艺。

技术介绍

[0002]工业废水中含有大量高毒性、持久性、难生物降解的有机污染物，对人类健康和生态平衡造成严重威胁。传统的水处理技术如生物法、化学氧化法等无法将其有效处理至达标排放。因此，开发高效、稳定、环境友好的废水处理技术具有重要意义。
[0003]高级氧化技术，包括电化学阳极氧化和芬顿等技术，是去除工业废水中难降解有机污染物的有效方法。电化学阳极氧化技术主要依靠阳极对有机污染物进行降解，具有氧化性能强、矿化率高、环境友好和操作方便等优势，但该技术存在电流效率低、能耗高等不足，在电化学阳极氧化技术中，通常阴极仅作为对电极存在，而未有效发挥其催化性能。
[0004]因此，合理地对电化学阳极氧化技术中的阴极进行充分利用，有望进一步提高电化学反应过程中的电流效率、从而降低运作能耗。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种用于废水处理的电催化与芬顿协同工艺，将电化学阳极氧化、电合成双氧水及芬顿等技术相结合，充分发挥阳极氧化降解污染物、阴极电合成双氧水及芬顿氧化降解的功能，以提高电流效率、增强废水的处理效果、并降低运行成本。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种用于废水处理的电催化与芬顿协同工艺，主要包括电催化处理单元和芬顿处理单元，具体操作步骤如下：
[0007](1)电催化处理：电催化反应槽内设有阳极反应区与阴极反应区，将多个阳极与阴极依次交替平行排列，分别固定成阳极电极组和阴极电极组，并放入各自反应区中，阳极与阴极分别外接电源，使用导电隔膜将阳极反应区与阴极反应区隔开，在阳极反应区内对废水溶液进行电化学阳极氧化处理，电化学阳极氧化处理过程中阳极通过直接氧化及间接氧化作用对废水中的污染物进行降解；在阴极反应区内进行电合成双氧水反应，阴极反应区的底部布设曝气装置，为电合成双氧水反应提供充足的氧气；通过阀门装置及水泵将电化学阳极氧化处理后的废水溶液与阴极反应后的双氧水溶液进行混合，并将其流入至芬顿处理单元进行芬顿处理；其中，直接氧化是指污染物在阳极材料表面发生电子直接转移而被氧化的过程；间接氧化是指在电催化降解过程中阳极材料表面产生了一些具有强氧化性的活性物种，通过活性物种氧化降解目标污染物的过程。
[0008](2)芬顿处理：在芬顿反应槽内对电化学阳极氧化及电合成双氧水处理后的混合溶液进行芬顿处理；处理过程中能够充分利用电合成的双氧水，双氧水在芬顿反应槽内芬顿催化剂的作用下生成
·
OH，实现对废水的高效降解；根据需求在芬顿反应槽内既可以进行均相芬顿反应，又可以进行非均相芬顿反应；进行均相芬顿反应时，使用投料装置向芬顿反应槽内投加适量的均相芬顿催化剂(如Fe
2+
，Fe
3+
等)；进行非均相芬顿反应时，根据需求
既可以设置成流化床反应模式，又可以设置成固定床反应模式；流化床非均相芬顿反应过程中使用投料装置向芬顿反应槽内投加适量粉体状的非均相芬顿催化剂，通过自然沉降或膜过滤等操作对粉体状的非均相芬顿催化剂进行回收再用；固定床非均相芬顿反应模式中将颗粒状的非均相芬顿催化剂固定在芬顿反应槽内，无需额外投加或回收芬顿催化剂；通过阀门装置及水泵对芬顿处理后的废水进行调控排放。
[0009]优选的，所述均相芬顿反应时pH为2.0～4.5，所述非均相芬顿反应时pH为3.0～7.0。
[0010]优选的，所述阳极反应区内设有阳极电极的材料包括碳素电极、钛基锡锑氧化物涂层电极、钛基钌铱氧化物涂层电极、钛基二氧化铅电极、铂电极及掺硼金刚石电极；所述碳素电极包括石墨、碳纸、碳布及碳毡。
[0011]优选的，所述阴极反应区内设有的阴极电极是将催化剂负载在基底材料上制得的电极；所述催化剂包括杂原子掺杂碳催化剂、单原子金属负载碳催化剂、金属团簇及金属纳米颗粒负载碳催化剂、分层多孔碳及碳纳米球；所述基底材料包括石墨板、碳纸、碳布、碳毡、金属板及金属网。
[0012]优选的，阳极电极组和阴极电极组的数量分别为1～20组；阳极电极与阴极电极之间的间距为0.1～10cm。
[0013]优选的，电催化反应过程中通过电源供电，供电模式包括恒压模式、恒流模式，恒压模式时阴极施加的电压为
‑
0.1～
‑
10V，优选为
‑
0.2～
‑
2V；恒流模式时阴极施加的电流密度为0.1～200mAcm
‑2，优选为0.5～50mAcm
‑2。
[0014]本专利技术提供一种用于废水降解的装置，包括分别通过阀门装置及水泵连通电催化反应槽的阳极反应溶液槽、阴极反应溶液槽、芬顿反应槽；
[0015]所述电催化反应槽内平行对应交替设置若干阴极反应区、若干阳极反应区，所述阴极反应区、所述阳极反应区内分别设有阴极电极、阳极电极，并通过导电隔膜隔开。
[0016]优选的，所述阳极反应溶液槽、阴极反应溶液槽、芬顿反应槽内分别设有搅拌装置和投料装置；所述阴极反应区和所述阴极反应溶液槽分别连通曝气装置；所述导电隔膜包括质子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜、聚丙烯隔膜或盐桥。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0018]本专利技术以阴极为核心的电合成双氧水技术可以充分发挥阴极的催化性能，在阴极反应区利用阴极进行电催化二电子O2还原合成双氧水反应可以为芬顿反应原位提供双氧水、避免芬顿处理过程中额外投加双氧水而增加的运行成本及安全隐患，将阴极电合成双氧水与电化学阳极氧化技术进行有效耦合，能够有效提高电催化过程的电流效率。
[0019]本专利技术电催化与芬顿协同工艺简单易操作，无需昂贵的原料和设备；所述电催化与芬顿协同工艺将电化学阳极氧化、电合成双氧水及芬顿等技术巧妙结合，同时发挥阳极、阴极及芬顿的催化效果，废水里的污染物既能被阳极进行氧化处理，又能被芬顿产生的
·
OH进一步降解与矿化；使用所述电催化与芬顿协同工艺处理废水，其降解与矿化效果好、电流效率高、能耗低、运行及维护成本低。
附图说明
[0020]图1是本专利技术涉及设备的结构图；
内芬顿催化剂的作用下生成
·
OH，实现对废水的高效降解；根据需求在芬顿反应槽内既可以进行均相芬顿反应，又可以进行非均相芬顿反应；进行均相芬顿反应时，使用第三投料装置3
‑
2向芬顿反应槽3
‑
1内投加适量的均相芬顿催化剂(如Fe
2+
，Fe
3+
等)；进行非均相芬顿反应时，根据需求既可以设置成流化床反应模式，又可以设置成固定床反应模式；流化床非均相芬顿反应过程中使用第三投料装置3
‑
2向芬顿反应槽3
‑
1内投加适量粉体状的非均相芬顿催化剂(如FeOCl，Fe3O4，Fe2O3，FeOOH等)，通过自然沉降或膜过滤等操本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电催化与芬顿协同的废水降解方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、电催化处理：在阳极反应区内对废水溶液进行电化学阳极氧化处理，在阴极反应区内进行电合成双氧水反应，将电化学阳极氧化处理后的废水溶液与阴极反应后的双氧水溶液进行混合，得到混合溶液；S2、芬顿处理：将所述混合溶液进行芬顿处理，利用电合成的双氧水在芬顿催化剂的作用下生成
·
OH，实现对废水的降解。2.根据权利要求1所述的电催化与芬顿协同的废水降解方法，其特征在于，步骤S2中所述芬顿处理包括均相芬顿反应和非均相芬顿反应；进行均相芬顿反应时，投加均相芬顿催化剂；进行非均相芬顿反应时，设置流化床反应模式或固定床反应模式，所述流化床反应模式反应过程中投加粉体状的非均相芬顿催化剂，反应结束后将粉体状的非均相芬顿催化剂回收再用；所述固定床反应模式反应过程中投加颗粒状的非均相芬顿催化剂。3.根据权利要求2所述的电催化与芬顿协同的废水降解方法，其特征在于，步骤S2中所述均相芬顿催化剂包括Fe
2+
、Fe
3+
；所述均相芬顿反应时pH为2.0～4.5。4.根据权利要求2所述的电催化与芬顿协同的废水降解方法，其特征在于，所述非均相芬顿催化剂包括FeOCl、Fe3O4、Fe2O3、FeOOH，还包括将所述非均相芬顿催化剂负载在颗粒载体上制备的催化剂；所述颗粒载体包括氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、二氧化硅及陶瓷颗粒；所述非均相芬顿催化剂回收再用方法包括自然沉降或使用膜过滤；所述非均相芬顿反应时pH为3.0～7.0。5.根据权利要求1所述的电催化与芬顿协同的废水降解方法，其特征在于，步骤S1中所述阳极反应区内设有阳极电极的材料包括碳素电极、钛基锡锑氧化物涂层电极、钛基钌铱氧化物涂层电极、钛基二氧化铅电极、铂电极及掺硼金刚石电极；所述碳素电极包括石墨、碳纸、碳布及碳毡。6.根据权利要求1所述的电催化与芬顿协同的废水降解方法，其特征在于，步骤S1中所述阴极反应区内设有的阴极电极是将催化剂负载在基底材料上制得的电极；所述催化剂包括杂原子掺杂碳催化剂、单原子金属负载碳催化剂、金属团簇及金属纳米颗粒负载碳催化剂、分层多孔碳及碳纳米球；所述基底材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：全燮，王凯旋，陈硕，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：