[發明專利]太陽光輔助電催化有機廢水處理膜反應器

無效

• 申請號: 201210094224.4
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN102603037A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 周幸福;柴青立;邵長林
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種充分利用太陽能、整合光催化和電化學技術進行有機廢水處理的裝置，其特征在于該裝置按照膜反應器特征設計，光陽極同時兼具電催化、光催化或/和膜分離三種水處理技術特性，可推廣應用到有毒有害、高濃度難降解有機廢水處理領域。

背景技術

進入21世紀以后，環境和能源問題是人類社會面臨和亟待解決的重大課題。難降解廢水已經成為國內外廢水處理的難點和研究關注的焦點，國內外早期常用的有機廢水處理技術一般為非破壞性的處理技術，如化學混凝法、氣浮法、物理吸附法、膜過濾等，只是將有機物從液相轉移到固相，而易產生二次污染和吸附劑、混凝劑等再生問題一直得不到合理的解決。化學、生物等處理技術雖然是破壞性的，但去除率低，凈化不徹底，廢水中有機毒物的含量仍然遠遠高于國家廢水排放標準。

近年來，高級氧化技術，如化學氧化法、光化學氧化法、催化氧化法、電化學氧化法等克服了許多傳統方法的不足，為污水處理提供了全新的思路。水處理電化學氧化技術和光催化氧化技術都屬于高級氧化技術(Advanced?Oxidation?Processes，AOPs)，能夠產生·OH、H₂O₂、·O₂^-等強氧化劑，不僅能殺菌消毒，而且能使有機污染物快速降解甚至徹底礦化，因而在難降解廢水的處理方面顯示出較好的應用前景。但這些高級氧化技術均存在一定的局限性和各自的適用范圍(J.M.Poyatos，M.M.et?al.Water，Air，&?Soil?Pollution，2010，205(1-4)：187-204)。膜是具有選擇性分離功能的材料。膜分離技術是利用膜的選擇性分離功能實現不同組分的分離、純化和濃縮的技術。無機分離膜作為一類重要的膜產品，具有耐高溫高壓、穩定性好、化學性質穩定、耐酸堿和有機溶劑、機械強度高、易清洗和抗菌等優點，已在水處理領域得到廣泛應用。但膜容易污染成為膜分離技術的最大缺陷，膜污染造成膜法水處理效果和處理能耗隨時間變化顯著，從而制約了膜分離技術的進一步發展。若將高級氧化技術和其它水處理技術優化組合，將多種技術在同一反應器內巧妙的結合，使其發揮各自的優勢并能達到1+1＞2的耦合協同效應，以利于提高工藝的經濟性和實用性，對于環境治理技術的提高具有十分現實的意義。基于此，我們將電催化氧化、光催化和膜分離技術在同一反應器內進行耦合，在保留三種水處理技術自身技術特性的前提下，耦合技術還存在明顯的協同效應，具備一系列獨特的優點：光催化技術能夠減緩膜污染，提高膜出水通量；電催化氧化技術提供的偏壓能及時將光生“電子”和“空穴”分離開來可以大幅度提高光催化效率；膜分離技術可以將光催化降解產物迅速轉移出水相，打破光催化反應中的濃度傳質平衡，促進光催化反應的快速進行。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種太陽能光輔助電催化有機廢水處理膜反應裝置，它耦合了電催化、光催化或/和膜分離技術，能全部或是部分地利用太陽光轉化為電能來驅動裝置，實現有機廢水的殺菌消毒和有毒污染物的降解去除。充分利用太陽光能源，具有降低能耗，減輕環境負荷的社會效益和降低成本的經濟效益。

本發明的目的通過以下技術方案達到：

一種太陽能光輔助電催化有機廢水處理膜反應裝置，其光陽極同時兼具電催化、光催化或/和膜分離特性。

本發明的光陽極選用多孔鈦膜(網)基底材料，由于多孔鈦膜(網)材料具有金屬的特征，同時發達的孔隙又具有流體傳輸，熱能傳播和表面催化的特性，是理想的三維多孔電極載體材料。

本發明采用電化學各向異性刻蝕技術，在多孔鈦膜(網)表面形成TiO₂納米管或TiO₂介孔膜；微米級多孔金屬膜(網)孔結構能使實際使用界面增加10倍左右，而納米管或介孔膜能使實際使用界面增大100倍左右，相互連接的納米介孔通道能夠提供大的比表面積，加速反應底物/產物的吸/脫附速率。