[發明專利]電催化膜與三維電極耦合處理難降解廢水的裝置和方法

有效

• 申請號: 201710868042.0
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107473337B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 陳亦力;李天玉;莫恒亮;李琨;李鎖定;萬平玉
• 申請（專利權）人: 天津碧水源膜材料有限公司
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/72;C02F1/44
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明實施例提供了一種電催化膜與三維電極耦合處理難降解廢水的裝置和方法。該裝置主要包括：Ti₄O₇/Ti濾芯陽極、透水隔網、石墨氈陰極、C@Fe₃O₄顆粒、曝氣管和穩流穩壓電源；裝置整體為圓筒形，將Ti₄O₇/Ti濾芯陽極固定在裝置底部的中心并在其表面包裹一層透水隔網，石墨氈陰極貼近圓筒內壁，曝氣管置于石墨氈陰極旁的裝置底部，透水隔網與石墨氈陰極之間填充滿C@Fe₃O₄顆粒構成三維電極，石墨氈陰極和Ti₄O₇/Ti濾芯陽極分別連接穩流穩壓電源的負極和正極，采用恒電流運行方式降解廢水中的有機物。本發明將Ti₄O₇/Ti濾芯陽極與C@Fe₃O₄三維電極體系耦合來強化難降解污染物的處理效果，通過陰陽極的協同作用，提高了系統氧化污染物的效率，降低了廢水處理的能耗。

技術領域

本發明涉及廢水處理技術領域，尤其涉及一種電催化膜與三維電極耦合處理難降解廢水的裝置和方法。

背景技術

難降解污染物的化學結構穩定，且大多數具有一定的生物毒性，會在環境中累積，并在生物體內富集，最終危害到人類自身。由于難降解污染物的生物毒性，傳統生物處理技術的效果差，而高級氧化技術，因能產生具有強氧化能力的自由基，在難降解污染物的處理方面具有獨特的優勢。

電催化膜技術，是高級氧化技術中的一種，它將電化學催化氧化與膜過濾作用相結合，多孔膜的比表面積大，為催化劑的負載提供了大的比表面積，同時，膜過濾的形式提高了水中污染物與陽極產生的強氧化性物質的接觸概率，因而強化了處理效果，降低了處理成本。

現有技術中的一種利用電催化膜技術進行廢水處理的方法為：專利CN200920097687.X中公開了一種用于廢水處理的電催化膜反應器，利用具有催化層的炭基材料作為陽極和過濾介質，輔助電極作為陰極，電催化氧化處理工業廢水。

上述現有技術中的一種利用電催化膜技術進行廢水處理的方法缺點為：炭基材料的電化學穩定性差，易被氧化，會造成催化劑的流失，影響電極壽命。針對該種缺陷可采用其他的陽極催化層材料，多孔鈦膜，具有導電性高、電化學性質穩定、比表面積大等優勢，尤其適合作為電催化膜反應器的陽極基底材料。陽極催化層的選擇多種多樣，包括碳材料(碳納米管、碳氣凝膠、石墨烯、金剛石)、過渡金屬及其氧化物、稀土元素及其氧化物、半導體化合物、摻雜型氧化物等。

此外，析氧過電位是評價陽極性質的重要指標，析氧過電位高時，陽極不易發生水氧化生成氧氣的副反應，有機物能在較高的電位下被氧化，降解更徹底。Magnéli相亞氧化鈦是一系列非計量氧化鈦的統稱，通式為：TinO2n-1(3n10)，具有優異的導電性、極強的化學穩定性和極寬的電化學穩定電位窗口(水溶液中穩定的電位窗口為3.0V以上)，非常適合用作電極材料。Ti4O7，亞氧化鈦中的一種，在所有亞氧化鈦中導電性最好，且具有高的析氧過電位(+2.6V，相較于標準氫電極)，高于摻硼金剛石電極。

現有技術中的一種利用亞氧化鈦制作電極材料進行廢水處理的方法為：專利CN201610147808.1中公開了一種環管狀亞氧化鈦膜電極的制備方法，并將其應用于高濃度難降解有毒有害廢水的生化出水。

上述現有技術中的一種利用亞氧化鈦制作電極材料進行廢水處理的方法缺點為：由于亞氧化鈦膜電極的制備工藝復雜，成本高，且具有電活性的比表面積占總比表面積的比例低(2％～8％)，因此，這種亞氧化鈦膜電極的實際應用還存在一定的困難。