[發(fā)明專利]一種微氣泡曝氣式旋轉(zhuǎn)電芬頓陰極及其應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110111005.1
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112939154A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 鄧鳳霞;荊寶劍;俞滌非;曹玉林;張廣浦;邱珊
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F101/30
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

一種微氣泡曝氣式旋轉(zhuǎn)電芬頓陰極及其應用，它涉及電芬頓陰極及其應用，它是要解決現(xiàn)有的電芬頓陰極在電合成H₂O₂過程存在的氧傳質(zhì)能力差的技術問題。本發(fā)明的微氣泡曝氣式旋轉(zhuǎn)電芬頓陰極包括氧氣源、減速電機、傘形齒輪轉(zhuǎn)向裝置、萬向閥和多孔陰極；其中多孔陰極由空心軸和與其固定連接的泡沫金屬頭組成；空心軸穿過縱軸傘形齒輪并與萬向閥連接，萬向閥的另一端與氧氣源連接，橫軸傘形齒輪與減速電機連接。將微氣泡曝氣式旋轉(zhuǎn)電芬頓陰極用于電芬頓反應器，處理有機廢水，在轉(zhuǎn)速為200rpm時H₂O₂的產(chǎn)量是傳統(tǒng)陰極的2倍。本發(fā)明可用于污水處理領域。

技術領域

本發(fā)明涉及電芬頓陰極及其應用，屬于環(huán)境工程技術領域。

背景技術

電芬頓作為廢水電化學處理的技術之一，相比于傳統(tǒng)的芬頓通過加入鐵鹽催化劑及H₂O₂來實現(xiàn)廢水中有機污染物的氧化去除，電芬頓技術具備原位2電子氧還原(ORR)電合成H₂O₂(公式1-1)、易于控制的突出優(yōu)勢。同時，陰極Fe³⁺還原可為經(jīng)典芬頓反應源源不斷補充Fe²⁺催化劑，進而減少了Fe²⁺的投加，以最終減少鐵泥的產(chǎn)量(公式1-2，1-3)。所以，電芬頓近來作為一種新型的高級氧化技術被廣泛應用于苯酚、抗生素、農(nóng)藥等難處理有機廢水中。

O₂+2e^-+2H⁺→H₂O₂ (1-1)

H₂O₂+Fe²⁺→Fe³⁺+^-OH+·OH (1-2)

Fe³⁺+e^-→Fe²⁺ (1-3)

然而，限制電芬頓氧化效能進一步提高的關鍵因素是陰極2電子ORR電合成H₂O₂的量。所以近些年電-Fenton技術主要圍繞陰極的設計/制備展開，即陰極材料設計、修飾強化2電子ORR的電子轉(zhuǎn)移(電化學過程)。比如公開號為CN111969217A的中國專利公開了一種用聚苯胺兩步電沉積法修飾碳刷，輔以碳化和活化后制備出不含粘合劑的陰極；公開號為CN110818033A的中國專利公開了一種石墨烯氣體擴散電極。然而，2電子ORR電合成H₂O₂不僅受電子轉(zhuǎn)移控制，還受氧液相傳質(zhì)過程控制。因此，除了關注陰極界面電子轉(zhuǎn)移過程外，前驅(qū)體氧傳質(zhì)問題更應被關注。其中，2電子ORR電合成H₂O₂過程所利用一般為溶解氧，而溶氧在常溫下的濃度(8mg/L)及擴散速率(2×10^-9m²s^-1，25℃)相對有限。由此導致了氧的液相傳質(zhì)受阻。鑒于雙電層厚度通常為擴散層厚度的0.01％，氧在雙電層中傳質(zhì)可忽略，其在擴散層中擴散傳質(zhì)成為氧液相傳質(zhì)的限速步驟。如何實現(xiàn)前驅(qū)體氧在擴散層中的傳質(zhì)是提高陰極電合成的H₂O₂的關鍵。同時陰極電合成H₂O₂過程中不可避免的會伴隨析氫反應，導致微小的氫氣泡附著于陰極表面，形成氣泡水簾，增加電阻、減小比表面積，進一步阻礙了氧的傳質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的電芬頓陰極在電合成H₂O₂過程存在的氧傳質(zhì)能力差的技術問題，而提供一種微氣泡曝氣式旋轉(zhuǎn)電芬頓陰極及其應用。

本發(fā)明的微氣泡曝氣式旋轉(zhuǎn)電芬頓陰極包括氧氣源1、減速電機2、傘形齒輪轉(zhuǎn)向裝置3、萬向閥4和多孔陰極5；