[發明專利]一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法

有效

• 申請號: 201410107965.0
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103864183A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 張禮知;王麗
• 申請（專利權）人: 華中師范大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

技術領域

本發明屬于水污染控制技術領域，具體涉及一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，適用于印染、化工、農業領域等難降解有機廢水的處理。

背景技術

1894年，法國化學家Fenton首次發現酸性條件下，Fe²⁺和H₂O₂的混合溶液（芬頓試劑）可以有效氧化酒石酸。芬頓試劑最初主要用于酶反應、有機合成以及細胞損傷機理的研究和應用。1964年加拿大科學家Eisenhaner首次將芬頓試劑應用到廢水處理中。研究表明，芬頓試劑能有效氧化去除傳統廢水處理技術無法去除的難降解有機污染物。芬頓試劑既可以作為廢水的預處理，也可以作為最終的深度處理，有著廣泛的應用前景。然而傳統的芬頓試劑存在雙氧水利用率低、處理成本高、有機物氧化不徹底等缺點，因此將芬頓試劑與其他技術聯合處理廢水的方法應運而生。目前研究的主要有：超聲芬頓法、光芬頓法、電芬頓法、光電芬頓法等。其中電芬頓法由于處理效率高、處理周期短、設備簡單、條件溫和等優點而被廣泛研究，已在有機氯化物和苯類等污染物的處理中被證實可行，并取得良好效果。

電芬頓法的實質是以電化學法產生的Fe²⁺和（或）H₂O₂作為芬頓試劑的持續來源，降解污染物。根據Fe²⁺和H₂O₂產生方式的不同，電芬頓法可分為陰極電芬頓法，犧牲陽極法、雙極電芬頓法等。雙極電芬頓法無需外加藥劑，Fe²⁺和H₂O₂都可以通過電極反應產生。其中Fe²⁺可以由Fe在陽極氧化產生，H₂O₂由O₂在陰極還原產生。該方法的裝置多以平板鐵或鐵網為陽極，多孔碳電極為陰極，硫酸鈉為支持電解質構成。反應過程中在陰極通以空氣。為了提高陰極雙氧水生成的電流效率，同時避免陽極產生的Fe²⁺被氧化為Fe(OH)₃沉淀，溶液的pH值一般不應大于3.5。為了維持較低的pH值要求，反應過程中需要加酸調節，加酸不僅增加了廢水的處理成本，不利于廢水排放，同時也會腐蝕設備。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其使用多聚磷酸鹽作為支持電解質，在較寬的pH范圍內均可大幅提高廢水中有機污染物的去除率、COD去除率，同時還能避免鐵離子水解產生大量鐵泥。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，它是在pH預調節為5-9的待處理廢水體系中，以含單質鐵的物質為陽極，多孔碳電極為陰極，多聚磷酸鹽為支持電解質，構成電芬頓體系，然后通電，同時向陰極處持續提供空氣或氧氣，對待處理廢水進行電芬頓氧化處理。

按上述方案，所述預調節pH的試劑為常規的酸或堿，所述酸可以選用鹽酸、硫酸、醋酸等無機酸，所述堿可以選用氫氧化鈉、氫氧化鉀等無機堿。

按上述方案，所述多聚磷酸鹽在廢水體系中的濃度為0.1～1毫摩爾/升。

按上述方案，所述含單質鐵的物質可以是鐵絲、鐵片、不銹鋼片、不銹鋼網等含鐵物質。

按上述方案，所述多孔碳電極可以是活性炭纖維、炭氈等多孔碳電極。

按上述方案，所述的多聚磷酸鹽是四聚磷酸鹽或三聚磷酸鹽，所述的四聚磷酸鹽選自四聚磷酸鈉、四聚磷酸鉀、四聚磷酸銨等；所述的三聚磷酸鹽選自三聚磷酸鈉、三聚磷酸鉀、三聚磷酸銨等。

按上述方案，所述電芬頓氧化處理過程在恒流條件下進行，電流范圍控制為0.3-1.0毫安。

按上述方案，所述電芬頓氧化處理過程中陽極電流密度控制為2-10安/平方米。

按上述方案，所述陰極處空氣或氧氣流速為40～100毫升/分鐘。

本發明的技術原理：通電時，氧氣在陰極通過2e^-還原產生雙氧水，單質鐵在陽極氧化生成亞鐵離子。亞鐵離子與電解質多聚磷酸鹽發生配位反應形成Fe²⁺L配合物（L表示多聚磷酸鹽），該配合物既可以直接與陰極產生的雙氧水發生芬頓反應產生羥基自由基，也可以與溶解氧通過一系列反應產生羥基自由基，具體的反應式如下所示：

陽極反應：Fe-2e^-=Fe²⁺