【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置及水处理方法。
技术介绍
1、随着塑料工业的发展，塑料已经成为人们生产生活中不可或缺的最多材料。塑料给人们的生产生活带来了极大的便利，但同时也带来了严重的环境污染问题。因塑料降解缓慢，能长期在环境中存在，经光氧化降解、化学降解、物理磨损以及生物降解等外力综合作用下被分解为细小的塑料纤维、颗粒或薄膜，通常将直径小于5mm的塑料纤维、颗粒或薄膜被称为微塑料。微塑料能长时间稳定的存在于水体当中，随着微塑料在自来水中被发现，其可能会对人体健康构成潜在风险，引发了人们对环境和健康问题的强烈关注。
2、微塑料由于密度低、疏水性较强以及在环境中能广泛持久地存在等，使得它与其他常见污染物有很大不同。密度较低的微塑料漂浮在水体当中，而水生生物在摄取食物的过程中不能进行有效区分，从而将污染物转移到水生食物链中，且另一方面，微塑料的粒径小，比表面积较大，是添加剂和有机污染物的优良载体，微塑料表面负载的生物膜和有机污染物又增加了微塑料的去除难度。
3、在微塑料的去除及降解技术方面，通过化学降解方法处理微塑料，是迄今为止去除率最高的处理技术，现有微塑料的化学降解方法主要包含高级氧化法、光催化法、电化学氧化法以及絮凝沉降法等。其中基于芬顿或类芬顿化学降解方法得到广泛的应用，芬顿反应通过亚铁离子引发并催化过氧化氢发生分解，从而使得羟基和过氧羟自由基原位生成的高级氧化过程，该反应可将醇类、酯类、羧酸等有机化合物氧化为无机态。但芬顿反应一般需要调节原水的ph值，易产生反应副产物，导
技术实现思路
1、本专利技术是要解决水中微塑料难以降解的问题，而提供一种基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置及方法。
2、本专利技术基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置包括化学氧化池、电催化氧化池和吸附池，沿水流方向依次设置氧化池、电催化氧化池和吸附池，在化学氧化池中投加有过硫酸盐和活性炭；
3、所述的电催化氧化池包括池体、平板、多个阳极板、多个阴极板、直流电源、粒子电极和紫外灯，池体的底部开有进水口，平板水平设置在池体的中部，多个阳极板和多个阴极板垂直设置在平板上，阳极板和阴极板间隔交替设置，阳极板与直流电源的正极相连，阴极板与直流电源的负极相连，阳极板和阴极板之间填充有粒子电极，在池体外部还设置有紫外灯；
4、所述的吸附池包括承托板和填料，在承托板上装填有填料；
5、其中所述的粒子电极的制备方法如下：
6、一、将三聚氰胺加入到水中，超声振荡均匀，加热蒸干水分，研磨后放入马弗炉中，以500～600℃的温度煅烧处理，得到g-c3n4材料；
7、二、将g-c3n4材料和石墨烯加入到乙醇溶液中，再投加生物炭，真空抽滤后收集生物炭，以100～120℃加热处理后得到复合生物炭；
8、三、将钛酸四丁酯、浓硝酸、无水乙醇和水进行混合反应，加入步骤二中的复合生物炭，继续搅拌得到凝胶反应物，静置陈化处理后进行煅烧处理，得到粒子电极；
9、其中g-c3n4材料和石墨烯的质量比为(1～2)：(1～2)。
10、本专利技术基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置进行水处理的方法按照以下步骤实现：
11、一、将含微塑料的污水通入化学氧化池中，向化学氧化池中投加过硫酸盐和活性炭进行氧化反应，得到预处理的污水；
12、二、预处理的污水经水管流入电催化氧化池中，开启紫外灯和直流电源进行光电催化处理，得到光电催化后的污水；
13、三、光电催化后的污水经水管流入吸附池中，通过填料吸附处理，完成水中微塑料的降解去除；
14、其中步骤一中过硫酸盐的投加量为4～7mmol/l，活性炭的投加量为1.5～2.5g/l。
15、水体中的微塑料作为污染物，其又易作为载体，在微塑料表面被生物膜黏附或再吸附其它有机污染物。本专利技术先在氧化池中投加过硫酸盐和活性炭，利用碳材料活化过硫酸盐，通过碳材料表面含有的大量sp2杂化的共价碳网络结构和缺陷边缘的含氧基团活化过硫酸盐，从而产生氧化性更强的硫酸自由基，从而降解微塑料表面的大多数有机污染物，并破坏微塑料上的生物膜，对微塑料进行初步氧化降解。
16、化学氧化池中预处理的污水流入电催化氧化池中，电催化氧化池中填充粒子电极，粒子电极是在复合石墨烯和g-c3n4的生物炭的表面负载tio2材料，生物炭对微塑料特异性吸附，g-c3n4的电导率一般，因此加入石墨烯提高粒子电极表面的电子传导能力，且g-c3n4光生空穴和电子容易复合，本专利技术在粒子电极表面生成tio2材料，g-c3n4和tio2形成异质结，同时在外加电极电场的作用下分离tio2产生的光生电子，减少光生电子-空穴的复合，提高光催化效率。
17、微塑料从阴极获得电子发生还原反应，同时在光电催化的作用下，粒子电极产生高活性羟基自由基和超氧离子自由基等，催化氧化微塑料产生中间产物，中间产物不稳定，更易受羟基自由基的攻击而分解，最终矿化分解成co2和h2o。最后本专利技术在吸附池内设置铁改性活性炭，铁改性活性炭带有正电荷，进一步静电吸附去除微塑料，提高微塑料的去除率。
18、本专利技术基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置主要包括化学氧化池、电催化氧化池和吸附池，并优化电催化氧化池中粒子电极以及吸附池中填料的材料，通过化学氧化池对水中的微塑料进行化学氧化，利用电催化氧化池进行光电催化降解，最后通过吸附池中的填料进行静电吸附。在5小时内，可使水体中的聚氯乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯等微塑料污染物的去除率达到50％～60％。
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1.基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置，其特征在于该基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置包括化学氧化池(1)、电催化氧化池(2)和吸附池(3)，沿水流方向依次设置氧化池(1)、电催化氧化池(2)和吸附池(3)，在化学氧化池(1)中投加有过硫酸盐和活性炭；
2.根据权利要求1所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置，其特征在于在氧化池(1)中设置有搅拌装置。
3.根据权利要求1所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置，其特征在于阳极板(2-3)为石墨板或者不锈钢板，阴极板(2-4)为石墨板或者不锈钢板。
4.根据权利要求1所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置，其特征在于所述的填料(3-2)为铁改性活性炭，铁改性活性炭的制备方法如下：
5.基于如权利要求1所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置进行水处理的方法，其特征在于该水处理方法按照以下步骤实现：
6.根据权利要求5所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置进行水处理的方法，其特征在于步骤一中含微塑料的污水的pH＝5～7。>
7.根据权利要求5所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置进行水处理的方法，其特征在于步骤一中控制氧化反应时间为1～2h。
8.根据权利要求5所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置进行水处理的方法，其特征在于步骤二中控制直流电源(2-5)的电压为10～15V。
9.根据权利要求5所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置进行水处理的方法，其特征在于步骤二中控制光电催化处理时间为2～4h。
10.根据权利要求5所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置进行水处理的方法，其特征在于步骤三中吸附处理时间为20～40min。
...【技术特征摘要】
1.基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置，其特征在于该基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置包括化学氧化池(1)、电催化氧化池(2)和吸附池(3)，沿水流方向依次设置氧化池(1)、电催化氧化池(2)和吸附池(3)，在化学氧化池(1)中投加有过硫酸盐和活性炭；
2.根据权利要求1所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置，其特征在于在氧化池(1)中设置有搅拌装置。
3.根据权利要求1所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置，其特征在于阳极板(2-3)为石墨板或者不锈钢板，阴极板(2-4)为石墨板或者不锈钢板。
4.根据权利要求1所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置，其特征在于所述的填料(3-2)为铁改性活性炭，铁改性活性炭的制备方法如下：
5.基于如权利要求1所述的基于预氧化-三维电极降解水中微塑料的装置进行水...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，王艺霖，刘立，刘丽红，吴泽璇，李思阳，曾宪灿，
申请(专利权)人：生态环境部华南环境科学研究所生态环境部生态环境应急研究所，
类型：发明
国别省市：
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