[發明專利]一種電化學水處理設備及水處理方法

有效

• 申請號: 201711155219.9
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107720890B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 吉慶華;張弓;劉會娟;曲久輝
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/66
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 蘇蕾;陳丹

本發明公開了一種微流場強化的穿過式電化學水處理設備及使用該水處理設備的水處理方法。該水處理設備包括電化學水處理單元、進水口和出水口，其中水處理單元包括至少一組電極，電極具有有序孔結構；至少一個絕緣隔離層設置于至少一組電極中的兩個電極之間；至少一組電極的至少一個電極的孔結構的孔壁上負載有呈納米微結構的催化劑。該水處理方法包括將含污染物的原水經由進水口進入上述水處理設備，并穿過式通過，然后經出水口流出。該水處理設備及方法可增強傳質效果、提高電流效率、降低能耗，比傳統的浸沒式電化學水處理方法效率更高、功能更強大。

技術領域

本發明涉及但不限于一種水處理設備及處理方法，尤其涉及但不限于一種基于微流場強化的穿過式的電化學水處理設備，及使用該設備的水處理方法。

背景技術

電化學水處理技術包括電化學氧化、電化學還原和電吸附等，其多功能性使該技術在水處理領域具有廣泛的應用。

水中的污染物主要在電極表面發生富集、轉化和降解，增加電極面積可有效提高電化學反應速率，減少反應器體積，從而提高電化學技術的適用范圍。因此，國內外相關技術領域開始越來越多的關注多孔電極材料，如以活性炭、活性焦、碳氣凝膠、石墨烯和石墨纖維等為主的碳基多孔電極和以泡沫鎳、泡沫鈦和泡沫銅等為主的泡沫金屬多孔電極。由于多孔電極有較大的比表面積，與水的接觸面積大，電極的利用率高，相對于平板電極，多孔電極對污染物的處理效率有很大提升。

通常情況下，水中污染物(如重金屬、有機污染物等)濃度相對較低，可歸為稀溶液。稀溶液中物質化學反應速率受傳質的影響較大。傳統的電化學反應器多是將電極浸沒在水中，陰陽極平行布置，通過機械攪拌的方式提高傳質效果。而機械攪拌的方式難以將物質輸送至多孔電極的內部，導致其傳質效果較差，這個難以克服的缺點導致了較低的電流效率和高能耗。對于多孔電極而言，傳統的電化學反應器難以將多孔電極的優勢發揮到最大。

因此，開發一種強化質量傳遞的電化學水處理方法，充分利用多孔電極優點，是實現水處理高效率和低能耗目標的可行的技術路徑。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種電化學水處理設備及使用該設備的水處理方法，提高電極的利用率，實現水處理高效率和低能耗。

第一方面，本申請提供了一種微流場強化的穿過式電化學水處理設備，包括電化學水處理單元、進水口和出水口，其中電化學水處理單元包括：至少一組電極，電極具有有序孔結構；至少一個絕緣隔離層，設置于至少一組電極中的兩個電極之間；其中，至少一組電極的至少一個電極的孔結構的孔壁上負載有呈納米微結構的催化劑。

在本申請中，所述“納米微結構”是指在電極的孔結構的孔壁上形成的大量納米尺寸的突起或凹陷而使得孔壁的表面呈凹凸不平的特殊形貌。

呈納米微結構的催化劑制成的催化電極孔隙率高、網絡結構豐富、透水性強、有效活性面積更大。進而裝配成的穿過式電化學水處理設備，可實現水流穿過式運行，增強傳質效果、提高電流效率、降低能耗，比傳統的浸沒式電化學水處理方法效率更高、功能更強大。

根據具體需要降解或轉化的污染物的種類，選擇在至少一組電極的兩個電極的孔結構的孔壁上都負載呈納米微結構的催化劑，或者在其中的一個電極(陰極或陽極)的孔結構的孔壁上負載呈納米微結構的催化劑。如果兩個電極都需要降解或轉化污染物，則兩個電極都需要提高界面傳質效果，那么在兩個電極上都負載呈納米微結構的催化劑；如果其中一個電極不降解或轉化污染物，則不需要提高界面傳質效果，可以不負載呈納米微結構的催化劑。例如，在電還原中，污染物主要在陰極還原，只需提高陰極的界面傳質效果，因此可以只在陰極上負載呈納米微結構的催化劑。