CN102398955A - TiO2光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置及方法，将TiO₂光催化剂负载在光阳极转盘基底上作为光阳极转盘，光阴极转盘与光阳极转盘分别放置在光阴极反应池和光阳极反应池中，中间通过离子交换膜隔开。开动马达并通过调速器控制转盘的转速，使转盘表面形成一层液膜。以激发光源照射光阳极转盘，在大大降低有机废水对光的吸收的同时，也提高了激发光的利用率和光催化降解效率。双反应池可以有效阻止氧化产物和还原产物在溶液中的无效复合，并且可以在两个反应池中对不同种类和浓度的有机废水进行降解处理，同时可以减少光生电子和空穴在TiO₂表面的复合损失，提高了激发光的利用率和污染物的降解效率，达到高效低耗。

Description

TiO2光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置及方法

技术领域

本发明涉及的是一种能源、化工、环境领域处理有机废水的系统，具体是一种TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置及方法。 

背景技术

近年来，TiO₂已被证实是一种高效、稳定、无选择性和材料易得的半导体光催化剂。TiO₂光催化技术作为一种高级氧化技术，几乎能够使空气和水中的污染物完全矿化。自1972年Fujishima发现TiO₂可光催化裂解水以来，TiO₂半导体光催化技术在有机物的处理方面逐渐得到了广泛的研究。为解决TiO₂难与废水分离的问题，TiO₂被固定在各种载体上，由于TiO₂固定化会引起其表面积下降从而使其光催化活性下降，研究者把TiO₂膜材料作为阳极，通过外加阳极偏压来阻止光生电子（e ^- ）和空穴（h ⁺ ）的简单复合，从而提高光催化效率，此即电助光催化(简称光电催化)，故TiO₂半导体光电催化技术是一种利用紫外光作激发光源，通过外加偏压使光生电子和空穴得以有效的分离，产生具有强氧化能力的活性自由基来氧化降解污染物的一种氧化技术。目前围绕增大TiO₂膜电极的表面积，选择合适的电极基底材料和电极改性等方面已经做了大量的工作，但一直以来，光催化反应器及光生电子的分离利用等问题往往被人们忽视。传统的光催化反应器基本上都是将光电极完全浸入反应液中，激发光需穿透厚厚的液层才能到达光催化剂的表面，由于有机溶液自身对激发光的吸收而引起激发光的很大损失。 

中国专利（文献号CN101353186，授权公告日2010年6月2日），记载了一种“双转盘光电液膜反应器光催化处理有机废水的方法”，该技术提出一种双转盘光电液膜反应器，利用金属与N-半导体TiO₂接触形成的肖特基势垒而不是外加偏压将光生电子转移到阴极转盘表面，在阴极表面与饱和溶解氧反应生成H₂O₂，进而参与有机污染物的氧化而将光生电子加以间接利用，由此实现双转盘反应器中的双极氧化。由于不需要外加偏压，降低了能耗和简化了装置。但阳极和阴极同处一个反应池中，阳极区域和阴极区域的溶液由于转盘的转动而迅速混合，导致阳极区产生的氧化产物与阴极区产生的还原产物因为搅拌混合而发生无效复合，降低了对目标污染物的降解效率。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置及方法。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，包括调速器、驱动马达、光阴极转盘、转轴、碳刷、若干片光阳极转盘、燃料电池反应池及激发光源，所述燃料电池反应池包括光阳极反应池、光阴极反应池以及离子交换膜，所述光阳极反应池与光阴极反应池之间通过离子交换膜相连接。

所述光阳极转盘的基底材料为钛、不锈钢或镍。 

所述光阳极转盘的基底上负载的光催化剂为TiO₂。 

所述光阴极转盘的材料为Cu、Zn、Fe、Ti、Ag、石墨或掺硼金刚石薄膜电极（BDD）。 

所述离子交换膜为阳离子交换膜或复合离子交换膜。 

一种TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法，包括如下步骤： 

第一步，将光催化剂负载在光阳极转盘的基底上，并以单片方式或多片串联方式固定安装在光阳极转盘处的金属转轴上，将光阴极转盘固定安装在光阴极转盘处的金属转轴上； 

第二步，将光阳极转盘放置在光阳极反应池中，将光阴极转盘放置在光阴极反应池中，光阳极与光阴极之间通过外部导线相连接；

第三步，光阳极反应池和光阴极反应池利用离子交换膜连通并在光阳极反应池和光阴极反应池中加入有机污染物，在光阳极反应池中加入辅助光催化剂；

第四步，开动光阳极转盘和光阴极转盘的驱动马达，并通过调速器控制光阳极转盘和光阴极转盘旋转的转速使光阳极转盘和光阴极转盘的表面形成一层液膜；

第五步，采用激发光源照射光阳极转盘，使激发光透过液膜照射到光阳极转盘的表面；

第六步，一段反应时间后对反应池中的溶液进行取样分析，测定废水中有机物的去除率，同时测定外电路中光电流和电压的强度变化情况。

所述光阳极转盘的基底上负载的光催化剂为TiO₂。 

所述溶液中加入的辅助光催化剂为磁赤铁矿、分子筛负载Fe³⁺、蒙脱石负载Fe³⁺或活性炭负载Fe³⁺。 

所述调速器控制光阳极转盘转轴和光阴极转盘转轴转动的速度为10-90rpm。 

所述反应时间为30-120min。 

本发明提供的TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，将传统的单一反应池结构改进为双反应池结构，中间加以离子交换膜连通，有效阻止了反应过程中氧化产物和还原产物在溶液中的无效复合，并且可以在两个反应池中对不同种类和浓度的有机废水进行降解处理。同时利用金属与N-半导体TiO₂接触形成的肖特基势垒、阳极和阴极材料间的电势差来促使光生电子从阳极转盘转移到阴极转盘表面，减少了光生电子和空穴在TiO₂表面的复合损失，提高了激发光的利用率和污染物的降解效率。而且光生电子通过外电路转移，形成了稳定的光电流以及相应的电压,从而还可获得额外的电能。 

本发明独特的TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置具有以下优点：双反应池结构的燃料电池反应器能有效阻止氧化产物和还原产物在溶液中的无效复合，并且可以在两个反应池中对不同种类和浓度的有机废水进行降解处理。同时利用金属与N-半导体TiO₂接触形成的肖特基势垒、阳极和阴极材料间的电势差来促使光生电子从阳极转移到阴极，减少了光生电子和空穴在TiO₂表面的复合损失，提高了激发光的利用率和污染物的降解效率。而且光生电子通过外电路转移，形成了稳定的光电流以及相应的电压,从而还可获得额外的电能。 

附图说明

图1为单片光阳极转盘的光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置结构示意图。 

图2为多片串联光阳极转盘的光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置结构示意图。 

图中，1为调速器，2为驱动马达，3为金属转轴，4为光阴极转盘，5为光阳极转盘，6为有机玻璃转轴，7为光阴极反应池，8为离子交换膜，9为光阳极反应池，10为外部导线，11为电流记录仪、12为电压记录仪，13为激发光源，14为铝箔，15为碳刷。 

具体实施方式

下面对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 

以下为TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置的具体实施方式。 

实施例10 

单片光阳极转盘的TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置。

一种光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，包括调速器1、驱动马达2、金属转轴3，光阴极转盘4，光阳极转盘5，有机玻璃转轴6，燃料电池反应池以及激发光源，其中燃料电池反应池包括光阳极反应池9、光阴极反应池7以及离子交换膜8，光阳极反应池9与光阴极反应池7之间通过离子交换膜8相连接，该离子交换膜为阳离子交换膜或复合离子交换膜。光阳极转盘5的基底材料为钛、不锈钢或镍，光阴极转盘4的材料为Cu、Zn、Fe、Ti、Ag、石墨或掺硼金刚石薄膜电极。光阳极转盘5基底上利用溶胶-凝胶法、直接热氧化法或阳极氧化法负载TiO₂。光阴极转盘4和光阳极转盘5同轴固定安装在金属转轴3上，其金属转轴3上分别设置有碳刷15，使用有机玻璃转轴6连接光阳极转盘5及光阴极转盘4的金属转轴3。光阴极转盘4依靠光阴极转盘4处的碳刷15通过外部导线10与光阳极转盘5处的碳刷15相连接。外部导线10上安装有电流记录仪11和电压记录仪12。在靠近光阳极转盘5的一侧设置有激发光源13，该激发光源为紫外灯，在激发光源的外侧设置有铝箔14。更为具体地，调速器1、驱动马达2、光阴极转盘3，转轴4，光阳极转盘5，碳刷6，燃料电池反应池以及激发光源之间的连接位置关系可以参考公开号为CN101353186、授权公告日2010年6月2日、名称为“双转盘光电液膜反应器光催化处理有机废水的方法”的中国专利。 

调速器1与驱动马达2相连接，驱动马达2与金属转轴3相连接，金属转轴3上同轴固定安装光阴极转盘4和光阳极转盘5，使用有机玻璃转轴6连接光阳极转盘及光阴极转盘的金属转轴。开动驱动马达2，带动金属转轴3旋转，使光阴极转盘4和光阳极转盘5随之转动，并通过控制器1控制光阴极转盘4和光阳极转盘5转动的速度。激发光源13发出的激发光照射在光阳极转盘5表面，铝箔14可用于提高激发光的强度。 

实施例11 

多片串联光阳极转盘的TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置。

一种光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，包括调速器1、驱动马达2、金属转轴3，光阴极转盘4，光阳极转盘5，有机玻璃转轴6，燃料电池反应池以及激发光源，其中燃料电池反应池包括光阳极反应池9、光阴极反应池7以及离子交换膜8，光阳极反应池9与光阴极反应池7之间通过离子交换膜8相连接，该离子交换膜为阳离子交换膜或复合离子交换膜。光阳极转盘5的基底材料为钛、不锈钢或镍，光阴极转盘4的材料为Cu、Zn、Fe、Ti、Ag、石墨或掺硼金刚石薄膜电极。光阳极转盘5基底上利用溶胶-凝胶法、直接热氧化法或阳极氧化法负载TiO₂。光阴极转盘4固定安装在金属转轴3上，在金属转轴3上设置有碳刷15，多片光阳极转盘5串联同轴固定安装在金属转轴3上，每一片光阳极转盘5两两之间在金属转轴3处通过碳刷15相连接或通过导线相连，使用有机玻璃转轴6连接光阳极转盘及光阴极转盘各自的金属转轴3。光阴极转盘4依靠光阴极转盘4处的碳刷15通过外部导线10与处于最外侧的一片光阳极转盘5处的碳刷15相连接。外部导线10上安装有电流记录仪11和电压记录仪12。在两两光阳极转盘5之间设置有激发光源13，该激发光源为紫外灯，在处于两侧的激发光源的外侧设置有铝箔14。 

调速器1与驱动马达2相连接，驱动马达2与金属转轴3相连接，金属转轴3上同轴固定安装光阴极转盘4和多片光阳极转盘5，使用有机玻璃转轴6连接阳极和阴极各自的金属转轴3。开动驱动马达2，带动金属转轴3旋转，使光阴极转盘4和多片光阳极转盘5随之转动，并通过控制器1控制光阴极转盘4和多片光阳极转盘5转动的速度。激发光源13发出的激发光照射在光阳极转盘5表面，铝箔14可用于提高激发光的强度。 

以下为利用光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法的具体实施方式，采用单片光阳极转盘的TiO₂光催化转盘燃料电池。 

实施例1 

不同阳极基底的利用TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法。

实施例1采用单片光阳极转盘的TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置。如图1所示，处理对象为25mg/L罗丹明B（pH2.5,2.0g/LNa₂SO₄）模拟有机废水。废水体积为200ml。光电流的变化范围为0.55-0.92mA，光电压的变化范围为0.14-0.33V，电流和电压值都随着模拟有机废水浓度的降低而下降。反应过程中阳极反应池未加入辅助光催化剂。 

1）采用钛板、不锈钢板或镍板圆盘作为光阳极转盘基底，利用溶胶-凝胶法将TiO₂光催化剂负载在光阳极转盘基底上作为光阳极转盘，并以单片方式将光阳极转盘与光阳极转盘处的金属转轴同轴固定安装；以铜圆盘作光阴极转盘，光阴极转盘与光阴极转盘处的金属转轴同轴固定安装。光阴极转盘处的金属转轴与光阳极转盘处的金属转轴之间通过有机玻璃棒相连，光阴极转盘处的金属转轴与驱动马达2相连接。 

2）将光阳极转盘放置在半圆弧光阳极反应池中，光阳极转盘处的金属转轴处于废水的水面位置，使光阳极转盘的一半浸没在废水中；将光阴极转盘放置在光阴极反应池中，光阴极转盘处的金属转轴处于废水的水面位置，使光阴极转盘的一半浸没在废水中；光阴极转盘依靠设置在光阴极转盘处的碳刷通过外部导线与光阳极转盘处的碳刷相连，即光阴极转盘与光阳极转盘相连。 

3）光阳极反应池和光阴极反应池利用离子交换膜连通并在光阳极反应池和光阴极反应池中加入有机污染物。 

4）开动驱动马达，并通过调速器控制转轴的转速为70rpm，使光阳极转盘和光阴极转盘表面形成一层液膜。 

5）采用11W254nm低压汞灯作为激发光源，照射光阳极转盘，使激发光透过液膜照射到光阳极转盘表面。 

6）2h后取样分析，测定罗丹明B在563nm处的吸光度，求色度去除率（%），同时测定外电路2h的电流平均值。 

本发明各阳极基底材料与传统钛板光阳极转盘测定的结果对比如下： 

从以上结果可以看出，与传统钛基底光阳极转盘相比较，不锈钢基底以及镍基底的光阳极转盘对罗丹明B均有不错的去除效率，由于其价格便宜，因此适于大规模的生产运用。但是基底的不同对外电路中的电流强度有一定的影响。

实施例2 

不同制膜方式的利用TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法。

实施例2为实施例1的一个变化例。如图1所示，处理对象为25mg/L罗丹明B（pH2.5,2.0g/LNa₂SO₄）模拟有机废水。废水体积为200ml。光电流的变化范围为0.55-0.92mA,光电压的变化范围为0.14-0.33V，电流和电压值都随着模拟有机废水浓度的降低而下降。反应过程中阳极反应池未加入辅助光催化剂。 

在实施例2中，光阳极转盘为钛板基底光阳极转盘，利用不同的制膜方法将TiO₂光催化剂负载在光阳极转盘基底上作为光阳极转盘。测定罗丹明B在563nm处的吸光度，求色度去除率（%），同时测定外电路2h的电流平均值，其结果如下： 

从以上结果可以看出，不同的制膜方式都有较好的色度去除效果，同时产生的光电流强度也比较一致，只是由于制作方式的不同使得结果略有差异。

实施例3 

不同阴极材料的利用TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法。

实施例3为实施例1的一个变化例。如图1所示，处理对象为25mg/L罗丹明B（pH2.5,2.0g/LNa₂SO₄）模拟有机废水。废水体积为200ml。光电流的变化范围为0.55-0.92mA,光电压的变化范围为0.14-0.33V，电流和电压值都随着模拟有机废水浓度的降低而下降。反应过程中阳极反应池未加入辅助光催化剂。 

在实施例3中，光阳极转盘为钛基底光阳极转盘，采用不同的光阴极转盘材料。测定罗丹明B在563nm处的吸光度，求色度去除率（%），同时测定外电路2h的电流平均值，其结果如下： 

从以上结果可以看出，不同的阴极材料对色度的去除率以及外电路的光电流强度都有明显的影响。

实施例4 

不同转速的利用TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法。

实施例4为实施例1的一个变化例。如图1所示，处理对象为25mg/L罗丹明B（pH2.5,2.0g/LNa₂SO₄）模拟有机废水。废水体积为200ml。光电流的变化范围为0.55-0.92mA,光电压的变化范围为0.14-0.33V，电流和电压值都随着模拟有机废水浓度的降低而下降。反应过程中阳极反应池未加入辅助光催化剂。 

    在实施例4中，光阳极转盘为钛基底光阳极转盘，通过调速器控制转轴不同的转速。测定罗丹明B在563nm处的吸光度，求色度去除率（%），结果如下： 

从以上结果可以看出，转速高有利于处理效果的提高，同时当转速过高时也会对处理效果有所影响。

实施例5 

不同反应时间的利用TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法。

实施例5是实施例1的一个变化例。如图1所示，处理对象为25mg/L罗丹明B（pH2.5,2.0g/LNa₂SO₄）模拟有机废水。废水体积为200ml。光电流的变化范围为0.55-0.92mA,光电压的变化范围为0.14-0.33V，电流和电压值都随着模拟有机废水浓度的降低而下降。反应过程中阳极反应池未加入辅助光催化剂。 

在实施例5中，光阳极转盘为钛基底光阳极转盘，采用不同的反应时间。测定罗丹明B在563nm处的吸光度，求色度去除率（%），结果如下： 

从以上结果可以看出，适当延长反应时间有利于处理效果的提高 。

实施例6 

利用TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法处理不同浓度的有机废水。

实施例6为实施例1的一个变化例。如图1所示，处理对象为25mg/L罗丹明B（pH2.5,2.0g/LNa₂SO₄）模拟有机废水。废水体积为200ml。光电流的变化范围为0.55-0.92mA,光电压的变化范围为0.14-0.33V，电流和电压值都随着模拟有机废水浓度的降低而下降。反应过程中阳极反应池未加入辅助光催化剂。 

在实施例6中，光阳极转盘为钛基底光阳极转盘，反应池中的废水浓度不同。测定罗丹明B在563nm处的吸光度，求色度去除率（%）和单位面积的去除量（mg/cm²），结果如下： 

从以上结果可以看出，燃料电池反应器在处理高浓度废水时具有一定的优势，虽然去除率随着初始浓度的提高而有一定程度的下降，但是单位面积的去除量却有明显的提高。

实施例7 

不同的辅助光催化剂对处理效果的影响。

实施例7为实施例1的一个变化例。如图1所示，处理对象为25mg/L罗丹明B（pH2.5,2.0g/LNa₂SO₄）模拟有机废水。废水体积为200ml。光电流的变化范围为0.55-0.92mA,光电压的变化范围为0.14-0.33V，电流和电压值都随着模拟有机废水浓度的降低而下降。处理过程开始前向阳极反应池中加入辅助光催化剂。处理结束后将模拟有机废水离心处理，取上清液进行分析。 

在实施例7中，光阳极转盘为钛基底光阳极转盘。在光阳极反应池中加入不同种类的辅助光催化剂，处理过程结束后测定罗丹明B在563nm处的吸光度，求色度去除率（%），结果如下： 

从以上结果可以看出，合适的光催化剂的加入可以在一定程度上促使处理效率的提高。

实施例8 

TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的过程中BOD₅和COD的变化情况。

实施例8采用单片光阳极转盘的TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置。如图1所示，处理对象为25mg/L罗丹明B（pH2.5,2.0g/LNa₂SO₄）模拟有机废水。废水体积为200ml。光电流的变化范围为0.55-0.92mA,光电压的变化范围为0.14-0.33V，电流和电压值都随着模拟有机废水浓度的降低而下降。反应过程中阳极反应池未加入辅助光催化剂。 

1）采用钛板、不锈钢板或镍板圆盘作为光阳极转盘基底，利用溶胶-凝胶法将TiO₂光催化剂负载在光阳极转盘基底上作为光阳极转盘，并以单片方式将光阳极转盘与光阳极转盘处的金属转轴同轴固定安装；以铜圆盘作光阴极转盘，光阴极转盘与光阴极转盘处的金属转轴同轴固定安装。光阴极转盘处的金属转轴与光阳极转盘处的金属转轴之间通过有机玻璃棒相连，光阴极转盘处的金属转轴与驱动马达2相连接。 

2）将光阳极转盘放置在半圆弧光阳极反应池中，光阳极转盘处的金属转轴处于废水的水面位置，使光阳极转盘的一半浸没在废水中；将光阴极转盘放置在光阴极反应池中，光阴极转盘处的金属转轴处于废水的水面位置，使光阴极转盘的一半浸没在废水中；光阴极转盘依靠设置在光阴极转盘处的碳刷通过外部导线与光阳极转盘处的碳刷相连，即光阴极转盘与光阳极转盘相连。 

3）光阳极反应池和光阴极反应池利用离子交换膜连通并在光阳极反应池和光阴极反应池中加入有机污染物。 

4）开动驱动马达，并通过调速器控制转轴的转速为70rpm，使光阳极转盘和光阴极转盘表面形成一层液膜。 

5）采用11W254nm低压汞灯作为激发光源，照射光阳极转盘，使激发光透过液膜照射到光阳极转盘表面。 

6）2h后取样分析，测定罗丹明B在563nm处的吸光度，求色度去除率（%），同时测定外电路2h的电流平均值。 

在实施例8中，光阳极转盘为钛基底光阳极转盘。处理过程结束后测定光阴极反应池和光阳极反应池在处理前后的BOD₅和COD变化情况，结果如下： 

从以上结果可以看出，经过处理后的有机废水发生了一定程度的降解，同时可生化性也得到了提高。

实施例9 

TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置与双转盘液膜反应器对有机污染物的降解情况对比。

实施例9采用单片光阳极转盘的TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置。如图1所示，处理对象为25mg/L罗丹明B（pH2.5,2.0g/LNa₂SO₄）模拟有机废水。废水体积为200ml。光电流的变化范围为0.55-0.92mA,光电压的变化范围为0.14-0.33V，电流和电压值都随着模拟有机废水浓度的降低而下降。反应过程中阳极反应池未加入辅助光催化剂。 

1）采用钛板、不锈钢板或镍板圆盘作为光阳极转盘基底，利用溶胶-凝胶法将TiO₂光催化剂负载在光阳极转盘基底上作为光阳极转盘，并以单片方式将光阳极转盘与光阳极转盘处的金属转轴同轴固定安装；以铜圆盘作光阴极转盘，光阴极转盘与光阴极转盘处的金属转轴同轴固定安装。光阴极转盘处的金属转轴与光阳极转盘处的金属转轴之间通过有机玻璃棒相连，光阴极转盘处的金属转轴与驱动马达2相连接。 

2）将光阳极转盘放置在半圆弧光阳极反应池中，光阳极转盘处的金属转轴处于废水的水面位置，使光阳极转盘的一半浸没在废水中；将光阴极转盘放置在光阴极反应池中，光阴极转盘处的金属转轴处于废水的水面位置，使光阴极转盘的一半浸没在废水中；光阴极转盘依靠设置在光阴极转盘处的碳刷通过外部导线与光阳极转盘处的碳刷相连，即光阴极转盘与光阳极转盘相连。 

3）光阳极反应池和光阴极反应池利用离子交换膜连通并在光阳极反应池和光阴极反应池中加入有机污染物。 

4）开动驱动马达，并通过调速器控制转轴的转速为70rpm，使光阳极转盘和光阴极转盘表面形成一层液膜。 

5）采用11W254nm低压汞灯作为激发光源，照射光阳极转盘，使激发光透过液膜照射到光阳极转盘表面。 

6）2h后取样分析，测定罗丹明B在563nm处的吸光度，求色度去除率（%），同时测定外电路2h的电流平均值。 

在实施例9中，光阳极转盘为钛基底光阳极转盘。处理过程结束后测定罗丹明B在563nm处的吸光度，求色度去除率（%），对比于专利CN101353186“双转盘光电池液膜反应器光催化处理有机废水的方法”，其结果如下： 

上述实施例结果说明，本发明TiO₂光催化转盘燃料电池处理难降解有机废水的方法可以有效阻止氧化产物和还原产物在溶液中的无效复合，并且可以在两个反应池中对不同种类和浓度的有机废水进行降解处理，同时可以有效促使光生电子从阳极转盘转移到阴极转盘表面，减少了光生电子和空穴在TiO₂表面的复合损失，提高了激发光的利用率和污染物的降解效率，达到高效低耗，节能减排的目的；而且光生电子通过外电路转移，形成了稳定的光电流以及相应的电压,从而还可获得额外的电能。该燃料电池在产生电流的同时完成了废水的降解处理，既产生了新的能源又降低了环境污染，在工业上有很大的应用前景。

Claims (10)

1.一种光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，包括调速器、驱动马达、光阴极转盘、转轴、碳刷、若干片光阳极转盘、燃料电池反应池及激发光源，其特征在于，所述燃料电池反应池包括光阳极反应池、光阴极反应池以及离子交换膜，所述光阳极反应池与光阴极反应池之间通过离子交换膜相连接。

2.根据权利要求1所述的光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，其特征在于，所述光阳极转盘的基底材料为钛、不锈钢或镍。

3.根据权利要求2所述的光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，其特征在于，所述光阳极转盘的基底上负载的光催化剂为TiO₂。

4.根据权利要求1所述的光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，其特征在于，所述光阴极转盘的材料为Cu、Zn、Fe、Ti、Ag、石墨或掺硼金刚石薄膜电极。

5.根据权利要求1所述的光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，其特征在于，所述离子交换膜为阳离子交换膜或复合离子交换膜。

6.一种光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，将光催化剂负载在光阳极转盘的基底上，并以单片方式或多片串联方式固定安装在光阳极转盘处的金属转轴上，将光阴极转盘固定安装在光阴极转盘处的金属转轴上； 

第二步，将光阳极转盘放置在光阳极反应池中，将光阴极转盘放置在光阴极反应池中，光阳极与光阴极之间通过外部导线相连接；

第三步，光阳极反应池和光阴极反应池利用离子交换膜连通并在光阳极反应池和光阴极反应池中加入有机污染物，在光阳极反应池中加入辅助光催化剂；

第四步，开动光阳极转盘和光阴极转盘的驱动马达，并通过调速器控制光阳极转盘和光阴极转盘旋转的转速使光阳极转盘和光阴极转盘的表面形成一层液膜；

第五步，采用激发光源照射光阳极转盘，使激发光透过液膜照射到光阳极转盘的表面；

第六步，一段反应时间后对反应池中的溶液进行取样分析，测定废水中有机物的去除率，同时测定外电路中光电流和电压的强度变化情况。

7.根据权利要求6所述的光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，其特征在于，所述光阳极转盘的基底上负载的光催化剂为TiO₂。

8.根据权利要求6所述的光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，其特征在于，所述光阳极反应池中加入的辅助光催化剂为磁赤铁矿、分子筛负载Fe³⁺、蒙脱石负载Fe³⁺或活性炭负载Fe³⁺。

9.根据权利要求6所述的光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法，其特征在于，所述调速器控制光阳极转盘转轴和光阴极转盘转轴转动的速度为10-90rpm。

10.根据权利要求6所述的光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法，其特征在于，所述反应时间为30-120min。

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