一种电催化还原-氧化反应装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术属于有机废水降解领域，具体涉及一种电催化还原

【技术实现步骤摘要】
一种电催化还原
‑
氧化反应装置及其应用


[0001]本专利技术属于有机废水降解领域，具体涉及一种电催化还原
‑
氧化反应装置及其应用
。

技术介绍

[0002]全
/
多卤代有机物广泛存在于农药
、
木材防腐剂
、
除草剂
、
消毒剂
、
个人护理配方
、
染料中间体和其他化工产品中
。
全
/
多卤代有机污染物由于分子中卤素原子
(X
＝
F、Cl、Br、I)
的结构具有生物毒性，大量残留于水
、
空气
、
土壤甚至生物基质中的卤化污染物不仅危害环境与生态安全，而且可经食物链传递威胁人类健康，如全氟辛酸
(PFOA)、
多氯联苯
(PCBs)、
二氯二苯基三氯乙烷
(DDTs)
等
。
由于卤原子是吸电子基团且取代数目多，这类物质的最高占据分子轨道能较低，常规的物理或生物方法难以打破
C
‑
X
键，且常规的氧化法可能会生成毒性更高的降解中间产物
。
[0003]电催化还原加氢脱卤是一种利用电还原反应生成原子氢
(H*)
使卤代有机物脱卤脱毒的技术，因其选择性高
、
操作简单
、
环境友好等优点而得到广泛应用
。
>原子氢
(H*)
是一种具有强还原性的活性基团，氧化还原电位为
‑
2.1V vs.RHE
，能够选择性地破坏
C
‑
X
键
。
与零价铁
(ZVI)
工艺和生物还原等其他脱卤技术相比，它的反应条件温和，不会产生二次废物
。
但随卤原子取代数减少，脱卤产物难被进一步还原，而其毒性甚至高于母体污染物
。
相对于全
/
多卤代有机物，低卤代有机物更容易发生氧化降解，因此本专利技术将设计基于三维粒子电极的流通式电催化还原
‑
氧化的接力降解体系，即先利用还原法将全
/
多卤代有机污染物还原为低卤代产物，再利用氧化法降解这些中间产物，从而实现深度脱卤和矿化
。
[0004]基于三维粒子电极的流通式电催化还原
‑
氧化的接力降解体系，废水在充满三维粒子电极的空间内流动，有利于减小电极表面的扩散层厚度，突破传统平板式电催化系统的传质限制，从而极大地提高污染物相间传质速率；该连续流反应器由质子交换膜分为阴极室和阳极室，阴极室粒子电极为阴极粒子电极，阳极室粒子电极为阳极粒子电极，可用于含低电导率废水的处理
。
在电场作用下，阴极和阳极处的粒子电极都会带上电荷，因此在有限的空间内大大增加了主电极的表面积，促进了污染物的降解；每个极室设有入水口和出水口，每个极室通过蠕动泵控制进水流量，废水先经过阴极室发生还原反应后再进入阳极室发生氧化反应，最终得以完全矿化降解
。
[0005]中国专利技术专利申请
CN202210717325.6
提供了一种基于半干法烟气脱硫灰的高级还原
‑
氧化耦合体系处理卤代有机物废水的方法
。
该体系利用紫外光与亚硫酸盐耦合产生强还原性活性物质实现卤代有机物还原脱卤；脱卤阶段完成后则需原位补充一定量脱硫灰
、
纳米过渡金属氧化物催化剂及溶解氧，并调节
pH
后，再在紫外光作用下产生强氧化性物质进行氧化降解
。
该专利技术设计的还原
‑
氧化耦合体系可实现卤代有机物的有效去除，但存在能耗高
、
投加的催化剂难以回收
、
反应器占地面积大等问题
。
[0006]因此，需要研发一种能耗低
、
占地面积小且能够实现全
/
多卤代有机物安全
、
高效协同矿化的电催化还原
‑
氧化反应装置
。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种电催化还原
‑
氧化反应装置及其应用
。
本专利技术构建了基于三维粒子电极的流通式电催化还原
‑
氧化的接力降解体系，该体系反应器由质子交换膜分为阴极室和阳极室，废水在充满三维粒子电极的空间内流动，水中全
/
多卤代有机物首先在阴极室发生还原反应进行脱卤，然后再进入阳极室发生氧化反应进行降解，有利于实现全
/
多卤代有机物安全
、
高效协同矿化
。
[0008]为了达到本专利技术的上述目的，本专利技术采用的具体技术方案为：
[0009]本专利技术提供一种电催化还原
‑
氧化反应装置，包括反应器
(4)、
电源
(12)、
蠕动泵
(3)、
进水池
(1)
和出水池
(11)
，所述反应器
(4)
由质子交换膜分隔为阴极室和阳极室；所述阳极室包括石墨片
(9)
和
Sn
‑
Sb
‑
Ag
修饰的三维陶瓷粒子电极
(8)
，所述阴极室包括钛片
(5)
和
Pd
‑
In
修饰的三维陶瓷粒子电极
(6)。
[0010]优选地，所述阴极室和阳极室都设置一个进水口和一个出水口；进水池
(1)
和蠕动泵
(3)
通过进水管
(2)
与阴极室的进水口连接，出水池
(11)
通过出水管
(10)
与阳极极室出水口连接，阴极室的出水口与阳极室的进水口相连接；所述电源
(12)
的正极和负极分别通过导线与反应器
(4)
的阳极和阴极连接
。
[0011]优选地，所述阳极为石墨片
(9)
，所述阴极为钛片
(5)
，所述阴极和阳极位于反应器的两侧，中间有
Sn
‑
Sb
‑
Ag
修饰的三维陶瓷粒子电极
(8)、Pd
‑
In
修饰的三维陶瓷粒子电极
(6)
和质子交换膜隔开
。
[0012]优选地，所述阴极室和阳极室均呈“蛇形”的空间；所述
Sn
‑
Sb
‑
Ag
修饰的三维陶瓷粒子电极
(8)
和
Pd
‑
In
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电催化还原
‑
氧化反应装置，包括反应器
(4)、
电源
(12)、
蠕动泵
(3)、
进水池
(1)
和出水池
(11)
，其特征在于，所述反应器
(4)
由质子交换膜分隔为阴极室和阳极室；所述阳极室包括石墨片
(9)
和
Sn
‑
Sb
‑
Ag
修饰的三维陶瓷粒子电极
(8)
，所述阴极室包括钛片
(5)
和
Pd
‑
In
修饰的三维陶瓷粒子电极
(6)。2.
根据权利要求1所述的电催化还原
‑
氧化反应装置，其特征在于，所述阴极室和阳极室都设置一个进水口和一个出水口；进水池
(1)
和蠕动泵
(3)
通过进水管
(2)
与阴极室的进水口连接，出水池
(11)
通过出水管
(10)
与阳极极室出水口连接，阴极室的出水口与阳极室的进水口相连接；所述电源
(12)
的正极和负极分别通过导线与反应器
(4)
的阳极和阴极连接
。3.
根据权利要求2所述的电催化还原
‑
氧化反应装置，其特征在于，所述阳极为石墨片
(9)
，所述阴极为钛片
(5)
，所述阴极和阳极位于反应器的两侧，中间有
Sn
‑
Sb
‑
Ag
修饰的三维陶瓷粒子电极
(8)、Pd
‑
In
修饰的三维陶瓷粒子电极
(6)
和质子交换膜隔开
。4.
根据权利要求1所述的电催化还原
‑
氧化反应装置，其特征在于，所述阴极室和阳极室均呈“蛇形”的空间；所述
Sn
‑
Sb
‑
Ag
修饰的三维陶瓷粒子电极
(8)
和
Pd
‑
In
修饰的三维陶瓷粒子电极
(6)
分别放在阳极室和阴极室的“蛇形”空间内；所述质子交换膜的厚度为
0.4
‑
0.5mm。5.
根据权利要求1所述的电催化还原
‑
氧化反应装置，其特征在于，所述
Sn
‑
Sb
‑
Ag
修饰的三维陶瓷粒子电极
(6)
的制备方法包括：
S1
：陶瓷微粒在沸腾的盐酸中蚀刻，然后水洗，得到预处理的陶瓷颗粒；
S2
：预处理的陶瓷颗粒在
AgNO3水溶液中浸泡，干燥，煅烧；
S3
：取
S2
处理后的陶瓷颗粒，在含有
SnCl4和
SbCl3的乙醇溶液中浸泡，干燥，煅烧；
S4
：
S2
与
S3
的步骤交替重复3‑6次，即得
。6.
根据权利要求5所述的电催化还原
‑
氧化反应装置，其特征在于，步骤
S1
中所述陶瓷微粒为具有开放孔径结构的球状氧化铝陶瓷颗粒；所述球状氧化铝陶瓷颗粒，按质量百分比计，成分包括
70
‑
75
％的
SiO2，
20
‑
25
％的
Al2O3，2‑4％的
K2O
和
0.5
‑
1.5
％的
Fe2O3；所述球状氧化铝陶瓷颗粒的粒径为
2.5
‑
4.0mm
，密度为
1.6
‑
2.0g/cm
‑3，孔隙体积为
0...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏伊静，冯华军，代劲松，丁养城，陈儒雅，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：