[發明專利]一種石墨烯薄膜電極電化學處理印染廢水的方法

有效

• 申請號: 201310018210.9
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103058334A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 孫雪菲;邢蘇芳;王曙光
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/28
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種石墨烯薄膜電極電化學處理印染廢水的方法，屬于廢水處理的技術領域。

背景技術

紡織印染行業是我國用水量較大，排放廢水量較多的工業部門之一；這類廢水往往含有多種有機染料及其中間體，具有排放量大，成分復雜，色度深，毒性強，難降解，pH值波動大，組分濃度高且變化大的特點。一般處理方法有：物理法（如：過濾法，沉降法，氣浮法以及磁分離法等）、化學法（如：化學混凝法，氧化法以及電解方法等）和生物化學方法等。其中傳統的電解法可以較好地去除染料，但是其存在能耗大、成本高、析氧析氫等副反應的缺點，并且只起凝聚與氧化作用，脫色、TOC的去除效果較差。

CN102249486A（201110136598.3）公開了處理印染廢水的電化學-生物法聯用裝置及廢水處理方法；裝置包括相連接的電化學處理單元及活性炭厭氧生物處理單元，活性炭厭氧生物處理單元的出水口端分別連接有好氧生物處理單元及鐵碳微處理單元，鐵碳微處理單元的出水口端與活性炭厭氧生物處理單元的輸入端相連接，好氧生物處理單元的污泥輸出端與污泥濃縮池、活性炭厭氧生物處理單元的輸入端相連接，好氧生物處理單元的出水口端與活性炭厭氧生物處理單元的輸入端相連接。采用上述裝置處理廢水的方法，依次進行電化學處理、活性炭厭氧生物處理、鐵碳微處理，從而使得廢水COD去除率高、脫色效果好。但該裝置結構復雜，占地面積大，使用不靈活，處理印染廢水操作繁瑣。

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀品格結構的碳質材料，普遍存在于其他碳材料中，并可以看作是其他維度碳基材料的組成單元，傳統石墨烯處理印染廢水一般是利用了其強吸附能力。但是，石墨烯難于同廢水分離并易于造成二次污染。目前，利用石墨烯薄膜作為電極對印染廢水進行電化學處理未見報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種石墨烯薄膜電極電化學處理印染廢水的方法。

本發明的技術方案如下：

一種石墨烯薄膜電極電化學處理印染廢水的方法，該方法利用包括石墨烯薄膜電極的裝置對印染廢水進行電化學處理，該裝置包括反應器本體、泵、電源、Ti電極、石墨烯薄膜電極和支架，所述的反應器本體為空心結構，支架設置在反應器本體內部，Ti電極為金屬Ti片并設置在反應器本體頂端，石墨烯薄膜電極覆蓋設置在支架上，石墨烯薄膜電極的面積與反應器本體橫截面積大小相同，電源的正極與石墨烯薄膜電極連接，電源的負極與Ti電極連接；反應器本體還設置有反應器入口和反應器出口，反應器入口設置在Ti電極與石墨烯薄膜電極之間，反應器出口設置在石墨烯薄膜電極與反應器本體底端之間，泵與反應器入口連接；所述的石墨烯薄膜電極按照如下步驟制備得到：按質量體積比為0.1~0.5g/L將石墨烯溶于超純水中，超聲分散5min制得石墨烯水凝膠，然后將石墨烯水凝膠真空抽濾到孔徑是0.20~0.22μm的尼龍濾膜上，于35~45℃干燥箱中烘干，即得石墨烯薄膜電極；利用上述裝置電化學處理印染廢水的方法，具體步驟如下：

用泵以0.05~0.2L/min的速率將印染廢水從反應器入口泵入反應器本體中，Ti電極和石墨烯薄膜電極均與印染廢水接觸進行電化學處理，控制電源電壓在1.5~3V，印染廢水在反應器本體中經過電化學處理后，透過石墨烯薄膜電極，從反應器出口流出。

根據本發明，優選的，所述的電源電壓為2.0~2.5V。

根據本發明，優選的，所述的泵入印染廢水的速率為0.1~0.15L/min。

根據本發明，優選的，所述的支架為金屬網格支架并設置在反應器本體內壁的1/3~2/3高度處。

根據本發明，優選的，作為Ti電極的金屬Ti片厚度為0.3~0.7mm，面積為0.15~0.3m²。

根據本發明，優選的，所述的反應器本體為有機玻璃材質的長方體空心結構。

根據本發明，優選的，所述的泵為蠕動泵。

本發明中反應器本體的形狀可以根據需要制造成為不同形狀，可以為長方體空心結構，也可以為圓筒形結構；本發明中支架對石墨烯薄膜電極起固定支撐作用。

本發明采用石墨烯薄膜作為電極電化學處理印染廢水，穩定運行后總有機碳TOC去除率能夠達95％以上，脫色率也能夠達到90％以上，同時所需要的外源電壓小，僅1.5V~3.0V，具有較好的經濟以及環境效應。

本發明有如下有益效果：

1、本發明方法利用包括石墨烯薄膜電極的裝置處理印染廢水，不僅能夠對印染廢水進行吸附處理，同時能夠電解處理，總有機碳含量（TOC量）去除效率高；電源電壓低，電能消耗少。