微多相電芬頓氧化還原反應器的製作方法

2023-06-27 03:28:31

專利名稱：微多相電芬頓氧化還原反應器的製作方法
技術領域：
本發明是一種利用電芬頓方法處理高濃度有機廢水的工業設備， 屬於電化學技術領域。
背景技術：
電芬頓法(Fenton)是將電化學反應過程中產生的Fe2+和H202作 為Fenton試劑的持續來源。電Fenton法具有自動產生H202的機制 較完善，H202利用率高，有機物降解條件較多(除.OH的氧化作用 外，還有陽極氧化、電吸附)等優點。因此，電Fenton法是單一的 Fenton法發展的重要方向之一。
隨著工業的飛速發展，在給人類帶來進步的同時，也給環境帶來 了嚴重的汙染。其中的一些有機物具有難降解、毒性大的特點，對人 類健康和生態環境危害極大。治理高濃度、難降解有機廢水是當前亟 待解決的技術難題。
如何有效的去除這些有毒難降解的有機物，電化學方法是有效的 方法之一。大量的研究表明電化學技術可以將毒性大和分子結構穩 定的有機分子轉化為可生物降解的物質，甚至被徹底氧化為C02和 H20等筒單的無機分子。
通常人們使用高析氧電位電極，如Pb02、 Sn02等塗層電極。水分 子在這類電極表面催化氧化生成'0H。在較長的時間內，多數研究都 側重於高催化性能陽極的開發，目的是提高汙染物的處理效率，而陰 極電催化降解則未引起足夠重視。
傳統的Fenton試劑的獲取方法是？62++11202生成強氧化性的'0H (羥基自由基)來處理有機廢水，其存在的主要問題是①Fe—C法產 生Fe2+用4失量高。②Fe—C法易於板結，不能長期有效工作。③粉口 H202利用率低。④使用成本高。由於上述問題的困擾，Fenton方法 沒有得到很好的利用。 發明內容本發明是解決目前存在的問題，使該項技術真正得以工業應用的
新型設備。為克服傳統的微電解方法和外加H202來產生Fenton試劑。
本發明主要組成部分分為設備殼體，石墨棒、陰極、感應電極、絕緣層、陽極填充粒子、陰極填充粒子、布氣口、布氣口、集水孔、出水堰、進水口、進氣口、出水口。
本發明設備由多級單元串聯或並聯組成，視廢水7jc質情況和水量情況而確定聯結或不聯結。單級單元的結構如附圖所示，內殼體作為陰極，材質為不鏽鋼，外殼體為聚氯乙烯材料。
本發明陽極由石墨棒和石墨棒外表面上纏繞的螺旋形的鈦板組.成，鈦板表面附著有 In02—Ta205/Sn02(Sb)—Pb02的複合金屬氧化物，鈥板外圏子設有一圓筒形的絕緣層，陽極填充粒子充填於絕緣層與石墨棒之間，粒子材料是粒狀的Y—A1203或矽酸鋁，表面塗有Mn02—Sn02 (Sb) /Pb02催化材料。
陰極為內殼體，材料為超低碳不鏽鋼。內表面塗敷Pb。陰極粒子採用石墨粉或活性炭並做活化處理。陰極粒子電極充填於絕緣層與陰極板之間，陰極電極是利用電化學原理合成Fenton試劑(H202+Fe2+ )的區域。
感應電極是鐵質材料，感應電^ l處在的位置在陽極和陰極之間，在弱酸性條件下和微電解有相同作用。產生Fe2+與H202合成Fenton試劑。
布水口設置在殼體的下部並與進水口連接，廢水由布水器進入陽極先期氧化。
布氣口設置在反應器的底部，在反應器殼體上部設有出水堰，出水堰上設有集水孔和出水口 。
本發明用電化學技術在陽極增添了催化粒子，並在石墨電極外纏繞一層鈥基表面塗敷複合型催化材料。使其同時具有電解催化和半導體催化作用。
本發明設備在陽極和陰極之間還增添了4緣感應電極。通常在陰極室通過水中溶解氧分子在陰極粒子群表面發生兩個電子還原反應生成H202,在弱酸性(PH-3 ~ 4 )條件下與電解產生的Fe2+發生Fenton反應，生成強氧化性的.OH。反應中Fe3+會在陰極還原成Fe2+,繼續與H202發生Fenton反應，因此Fe2+在反應中起到催化劑的作用，
電Fenton反應如下
02(g)+2H++2e~~ H202 (1) Fe2++ H202+Hh~~ Fe3++ H20+ 0H (2)
0H+RH ~~R+ H20 (3) Fe3++ e Fe2+ (4)
本發明設備工作採用高頻脈衝供電的方式，提高了電效率，節約
能源。與一般電源供電相比，節電明顯。因此，本發明是高效的電
Fenton氧化還原反應器。


附圖為本發明結構示意圖。
具體實施例方式
附圖為本發明的結構示意圖。結合該圖對反應器進行詳細描述。 本發明主要組成部分分為設備殼體，石墨棒1、陰極2、感應 電極3、絕緣層4、陽極填充粒子5、陰極填充粒子6、布氣口8、 布氣口 9、集水孔1 0 、出水堰1 1 、進水口 1 2 、進氣口 1 3 、出 水口 1 4 。
本發明設備由多級單元串聯(或並聯)組成，視廢水水質情況和 水量情況而確定聯結(或不聯結)方式。單級單元的結構如附圖所示， 內殼體作為陰極，材質為不鏽鋼，外殼體為聚氯乙烯材料。
陽極由石墨棒1和石墨棒1外表面上纏繞的螺旋形的鈥板7組 成，鈥板7表面附著有In02—Ta205/Sn02(Sb)—Pb02的複合金屬氧 化物，鈦板7外圏子設有一圓筒形的絕緣層4 ，陰極填充粒子6充填 於絕緣層4與石墨棒1之間，粒子材料是粒狀的Y—A1203或矽酸鋁， 表面塗有Mn02—Sn02 (Sb) /Pb02催化材料。
陰極2為內殼體，材料為超低碳不鏽鋼。內表面塗敷Pb。陰 極粒子採用石墨粉或活性炭並做活化處理。陰極粒子電極充填於絕緣 層4與陰極板之間，陰極電極是利用電化學原理合成Fenton試劑 (H202+Fe2+ )的區域。
感應電極3是鐵質材料，感應電極處在的位置在陽極和陰極之 間，在弱酸性條件下和微電解有相同作用。產生Fe2+與H202合成
5Fenton試劑如(2)式所示。
布水口 8設置在殼體的下部並與進水口 1 2連接，廢水由布水器進入陽極先期氧化。
布氣口 9設置在反應器的底部，在反應器殼體上部設有出水堰1 1 ,出水堰1 1上設有集水孔1 0和出水口 1 4 。
布氣口 9對陰性區域布氣充02，以便補充一定量的氧氣02 + 2 H+ + 2e^ H202Fe2+ + H202 + >~Fe3+ + H20 + OH在陰極區域生成的 OH與有機物分子發生氧化降解反應RH + . OH~~ R + H20由於陽極電極石墨電極具有析氧作用，加之鈥基電極和粒子材料表面修飾的析氧過電位高的過渡金屬複合氧化物(M0x)作為催化劑，有利於汙水中的有機物UH)在電極表面直接被電化學氧化，而且有利於表面生成'0H自由基。'0H自由基是一種氧化性極強的物質，其氧化電位2.85V,比臭氧(2. 07V)、氯(l. 36V)要高的多，故能與大多數有機物發生氧化反應，最終把有機物降解為C02和H20等簡單的無才幾物。
權利要求
1、微多相電芬頓氧化還原反應器，由多組單元串聯或並聯組合而成，每一單元包括有設備殼體，石墨棒、陰極、感應電極、絕緣層、陽極填充粒子、陰極填充粒子、布氣口、布氣口、集水孔、出水堰、進水口、進氣口、出水口。其特徵在於電解陽極材料由鈦板纏繞石墨棒組合而成，鈦板7表面附著有InO2-Ta2O5/SnO2(Sb)-PbO2的複合金屬氧化物。
2 、根據權利要求1所述微多相電芬頓氧化還原反應器，其特徵在於陰極電極為超低碳不鏽鋼。
3 、根據權利要求1所述微多相電芬頓氧化還原反應器，其特徵在於在陽極區域充填的粒子材料是粒狀的Y—A1203或矽酸鋁，表面塗有Mn02—Sn02 (Sb) /Pb02催化材料。
4 、根據權利要求1所述微多相電芬頓氧化還原反應器，其特徵在於在陽極和陰極之間設有感應電極。
5 、根據權利要求1所述微多相電芬頓氧化還原反應器，其特徵在於在反應器的底部設有布水口並與進水口連接。
全文摘要
微多相電Fenton氧化還原反應器，由殼體，電解陽極、陰極，絕緣層，陰極填充粒子，陽極填充粒子，感應電極，布水布氣裝置，高頻脈衝電源組成。反應器的特點是不同於二維電解電極的同時，在反應器中增添了感應電極。除了填充粒子的高催化活性外，感應電極生成的Fe2+與H2O2發生Fenton反應，生成強氧化性的羥基自由基(·OH)，有機汙染物在與羥基自由基的反應過程中被直接氧化和間接氧化，使之最終得以降解。此反應器適用於處理高濃度、難降解的有機廢水。
文檔編號C02F1/461GK101538078SQ20091011526
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月30日 優先權日2009年4月30日
發明者丁則仁, 冷健雄, 劉曉明, 王玉傑, 褚海雲 申請人:江西怡杉環保有限公司