一种高浓度难降解污染物的原位降解装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高浓度难降解污染物的原位降解装置，其包括降解室、阴极、阳极和气室，阴极和阳极连接直流稳压电源；所述阴极为气体扩散电极，阴极的一侧与气室连接，阴极另一侧与降解室相连通；所述阳极设于降解室内，所述降解室内还放置有负载催化剂的海绵，所述降解室上方设有出口，所述气室设有入口。本发明专利技术提出的原位降解方法和装置不会产生二次污染，并且降解效率高，25min内高浓度难降解污染物降解能力达到90%以上。物降解能力达到90%以上。

【技术实现步骤摘要】
一种高浓度难降解污染物的原位降解装置及方法


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种污染物的处理装置和方法，尤其是涉及一种高浓度难降解污染物的原位降解方法以及基于此的一种新型无离子交换膜的降解装置。

技术介绍

[0002]全球水资源的匮乏和污染严重危害着生态系统多样性的平衡以及人类身体的健康状况。高毒性和难降解性有机污染物废水的不断排放导致水污染问题频发。过氧化氢产生的强氧化剂羟基自由基（
•
OH），由于其具有的高氧化电位（2.78V）和非选择性，被认为是分解有机污染物的高活性物种，可以满足水处理和环境卫生应用等方面的需求。
[0003]废水中的难降解污染物的处理方法较多，如膜过滤法、传统芬顿法、类芬顿法等。膜过滤法虽然能够简单有效的分离难降解污染物达到废水处理的效果，但是不能降解污染物，而且需要定期更换过滤膜。传统芬顿法虽然能够高效绿色降解污染物，但是酸性条件（最适pH范围窄至2.5
‑
3.5）和产生大量的铁污泥等局限性影响了其广泛使用的发展前景。类芬顿法虽然解决了传统芬顿法的局限性，但是相同条件下过氧化氢的用量大约是芬顿法的四倍。
[0004]阴极氧还原电化学生成的过氧化氢能够满足芬顿反应、类芬顿反应降解过程中过氧化氢的用量需求，同时阴极氧还原电化学生成过氧化氢是一种经济、低碳、绿色的方法。本专利技术着眼于阴极氧还原电化学生成过氧化氢和固体类芬顿催化剂降解污染物，在此基础上耦合二者，提出一种高浓度难降解污染物的原位降解方法以及新型无离子交换膜的装置。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于克服现有技术缺陷，提供一种高浓度难降解污染物的原位降解方法以及基于此的新型无离子交换膜的降解装置。本专利技术提出的原位降解方法和装置不会产生二次污染，并且降解效率高，25min内高浓度难降解污染物降解能力达到90%以上。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高浓度难降解污染物的原位降解装置，其包括降解室、阴极、阳极和气室，阴极和阳极连接直流稳压电源用于阴阳极的通电；所述阴极为气体扩散电极，阴极的一侧与气室连接，阴极另一侧与降解室相连通；所述阳极设于降解室内，所述降解室内还放置有负载催化剂的海绵，所述降解室上方设有出口，所述气室设有入口。该装置为一种未使用离子交换膜的新型降解装置。
[0007]进一步的，所述原位降解装置，还包括顺次连接的空气泵和流量计，通过气室设置的入口向气室通入空气或者氧气。为了防止冬季期间装置的底部结冰，影响气室的曝气，所述入口设置在气室的顶部。
[0008]具体的，为了提高阴极氧还原电化学生成过氧化氢的能力，本专利技术所述的阳极可
以为8cm左右的铂丝，所述阴极可以为石墨+炭黑/聚四氟乙烯气体扩散电极，阴极的反应几何面积是7cm2左右。阴、阳极之间的电极间距是1
‑
2 cm。
[0009]在原位降解高浓度难降解污染物时，本专利技术提供了一种电催化降解处理的新型无离子交换膜装置，利用阴阳极和降解室构成的电催化系统对高浓度难降解污染物进行降解。在原位降解高浓度难降解污染物时，处理装置的结构中没有使用离子交换膜。
[0010]进一步的，用于降解的负载0
‑
70 mg催化剂的海绵，其材质是聚氨酯，海绵的海绵质（PPI）是10
‑
60，为负载催化剂提供负载位点。负载催化剂的用量为0
‑
70 mg，为原位降解高浓度难降解污染物提供强氧化剂羟基自由基（
•
OH）来源。
[0011]本专利技术提供了一种利用上述装置原位降解高浓度难降解污染物的方法，其包括如下步骤：步骤1，通过出口向降解室内加入电解液、待降解的高浓度难降解污染物，静置一段时间使高浓度难降解污染物和降解室内负载催化剂的海绵达到吸附
‑
解吸平衡；步骤2，利用空气泵和流量计控制流速向气室中（阴极附近）通入空气或者氧气；步骤3，利用直流稳压电源将阴极和阳极连通直流电，并根据电压设置电流密度；步骤4，当降解室内液体的颜色变浅直至消失，代表高浓度难降解污染物降解完成，利用出口将降解后的高浓度难降解污染物外排。
[0012]具体的，步骤1中，电解液为0.4
‑
0.6 mol/LNa2SO4水溶液，高浓度难降解污染物为含200
‑
500 mg/L罗丹明B的水溶液。即降解室内的液体为含0.4
‑
0.6 mol/L Na2SO4和200
‑
500 mg/L罗丹明B的混合水溶液。
[0013]进一步的，步骤1中，静置时间不超过60 min，以使降解物溶液和负载催化剂海绵达到吸附
‑
解吸平衡。
[0014]具体的，步骤2中空气或者氧气的气体流速不超过60 mL/min，为电化学生成过氧化氢提供充足的氧气（反应物来源）。
[0015]进一步的，步骤3中采用的电流密度不超过30 mA/cm2，为电化学生成过氧化氢提供充足的电子。
[0016]本专利技术公开了水处理领域的一种高浓度难降解污染物的原位降解方法以及新型无离子交换膜装置，本专利技术在该装置电解体系气体扩散电极附近输送氧气，使得电解系统中电化学生成过氧化氢，过氧化氢再与系统中的负载催化剂的海绵反应生成强氧化剂羟基自由基（
•
OH），利用
•
OH原位降解高浓度难降解污染物。为了解决高浓度难降解污染物的降解问题以及装置制造成本问题，本专利技术填充负载催化剂的聚氨酯海绵以及没有使用离子交换膜，解决了现有方法中外部额外添加过氧化氢和铁盐的问题，同时还解决了当前芬顿降解法或者类芬顿降解法普遍存在非原位降解的问题。通过不同降解方法以及不同降解条件优化说明本专利技术的原位降解处理方法和无膜装置简单易行、成本低廉，能够高效原位降解高浓度难降解污染物。
[0017]本专利技术装置和方法的具体反应机理如下：在中性条件下，本专利技术的体系中，利用空气泵和流量计控制流速在入口向气室通气，使得气体扩散至阴极气体扩散电极，电化学生成过氧化氢：O2+ 2H
+
+ 2e
‑
→ꢀ
H2O2在阳极发生电解水的析氧反应：
H2O
ꢀ‑ꢀ
4e
‑
→ꢀ
4H
+
+ O2在降解室中负载催化剂的海绵与过氧化氢反应生成强氧化剂羟基自由基（
•
OH），从而进行高浓度难降解污染物的降解：催化剂 + H2O2→ꢀ
催化剂 +
ꢀ•
OH高浓度难降解污染物 +
ꢀ•
OH
ꢀ→ꢀ
氧化中间产物中间产物 +
ꢀ•
OH
ꢀ→ꢀ
CO2+ H2O + 无机离子和现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1）本专利技术原位降解方法以及新型无离子交换膜装置能够高效电化学生成过氧化氢，原位降解高浓度难降解污染物，避免了运输和存储过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高浓度难降解污染物的原位降解装置，其特征在于，包括降解室、阴极、阳极和气室，阴极和阳极连接直流稳压电源；所述阴极为气体扩散电极，阴极的一侧与气室连接，阴极另一侧与降解室相连通；所述阳极设于降解室内，所述降解室内还放置有负载催化剂的海绵，所述降解室上方设有出口，所述气室设有入口。2.如权利要求1所述的高浓度难降解污染物的原位降解装置，其特征在于，还包括顺次连接的空气泵和流量计，通过气室设置的入口向气室通入空气或者氧气。3.如权利要求2所述的高浓度难降解污染物的原位降解装置，其特征在于，所述阳极为铂丝，所述阴极为石墨+炭黑/聚四氟乙烯气体扩散电极，阴、阳极之间的电极间距是1
‑
2 cm。4.如权利要求3所述的高浓度难降解污染物的原位降解装置，其特征在于，所述海绵的材质是聚氨酯。5.利用权利要求1至4任一所述装置原位降解高浓度难降解污染物的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，通过出口向降解室内加入电解液、待降解的高浓度难降解污染物，静置一段时间使高浓度难降解污染物...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙绍晖，王博文，王悦超，石亚楠，蒋苏毓，高健，廉红蕾，韩一帆，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：