CN102701335B

CN102701335B - 一种离子电极及其制备方法和高压脉冲三维电极反应器

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Publication number: CN102701335B
Application number: CN201210203219.2A
Authority: CN
Inventors: 王林双
Original assignee: SHENZHEN HUASHUI ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHENZHEN HUASHUI ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: CN102701335A

Abstract

本发明公开了一种离子电极及其制备方法和高压脉冲三维电极反应器，离子电极由醋酸锌20%～30%、无水乙醇10%～30%、氢氧化钠5%～10%，羧甲基纤维素钠10%～15%、氧化亚铜15%～20%、二氧化锰15%～20%制备而成；制备方法包括将醋酸锌、无水乙醇、氢氧化钠采用溶胶—凝胶法混合，再与羧甲基纤维素钠、氧化亚铜和二氧化锰混合并制球的步骤，高压脉冲三维电极反应器包括反应器本体、设置在反应器本体内的主阳极、主阴极和离子电极、设置于反应器本体上部开口的布水器和连接主阳极和主阴极的电源。本发明利用陶瓷离子电极，可提高COD去除率20%，降低运行成本30%；主阳极采用钛基体PbO2电极，催化活性高，析氧电位高，化学惰性强；采用脉冲电流技术，可克服恒稳直流电解的缺陷，使电耗、电极消耗降低。

Description

一种离子电极及其制备方法和高压脉冲三维电极反应器

技术领域

本发明涉及一种离子电极，还涉及该离子电极的制备方法和使用该离子电极的高压脉冲三维电极反应器。离子电极包括均匀混合的醋酸锌、无水乙醇、氢氧化钠、羧甲基纤维素钠、氧化亚铜和二氧化锰，离子电极的制备方法包括将醋酸锌、无水乙醇、氢氧化钠采用溶胶—凝胶法混合，再与羧甲基纤维素钠、氧化亚铜和二氧化锰混合并制球的步骤，高压脉冲三维电极反应器包括反应器本体、主阳极、主阴极、离子电极、布水器和电源。

背景技术

随着工业的发展，水污染问题日益严重，特别是其中一些高COD（化学需氧量）、高浓度、高毒性的污水（如电镀废水、染印污水、制药污水等）的治理问题，日益为社会所重视。

现有处理高COD污水的办法有多种，大体可以分为生物法、物理化学法、电化学法等，其中电化学法由于对高COD污水处理效率较高而成为人们广泛关注的方法。电化学法又可以分为电催化氧化法、铁炭内电解法、超临界氧化法、电凝聚电气浮法等，但是，由于目前传统的电化学法存在COD去除效率相对较低，能耗较大等缺点，电化学法尚未得到广泛运用。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一在于，提供一种离子电极，用于电化学法处理高COD污水，提高除污效率，降低除污成本。

本发明要解决的技术问题之二在于，提供一种离子电极的制备方法，制备上述用于电化学法处理高COD污水的离子电极，提高除污效率，降低除污成本。

本发明要解决的技术问题之三在于，提供一种高压脉冲三维电极反应器，使用上述离子电极，采用电化学法处理高COD污水，提高除污效率，降低除污成本。

本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是：构造一种离子电极，呈小球状，其特征在于，包括均匀混合的醋酸锌、无水乙醇、氢氧化钠、羧甲基纤维素钠、氧化亚铜和二氧化锰，所述醋酸锌、无水乙醇、氢氧化钠、羧甲基纤维素钠、氧化亚铜、二氧化锰的组分重量百分比为：醋酸锌20%～30%、无水乙醇10%～30%、氢氧化钠5%～10%，羧甲基纤维素钠10%～15%、氧化亚铜15%～20%、二氧化锰15%～20%；

其中，所述醋酸锌、无水乙醇、氢氧化钠采用溶胶—凝胶法混合如下：

A1、取20%～30%醋酸锌加入10%～30%无水乙醇中，搅拌至醋酸锌完全溶解；

A2、在搅拌状态下缓慢加入5%～10%氢氧化钠，生产透明溶胶，静置30min～60min；

A3、将溶胶在烘箱中60℃～180℃烘烤12h～24h，成为干燥凝胶；

所述羧甲基纤维素钠、氧化亚铜、二氧化锰与上述干燥凝胶混合的方法如下：

B1、将干燥凝胶磨成粉末，与10%～15%羧羧甲基纤维素钠、15%～20%氧化亚铜、15%～20%二氧化锰混合均匀得到的混合粉料A，在混合粉料A中加入直径在0.2mm～3mm范围的粘土球芯并混合均匀，混合粉料A的重量百分比为50%～70%，粘土球芯的重量百分比为30%～50%，在不断喷入水雾的条件下旋转成球；

B2、将以上小球放入马弗炉中600℃～800℃煅烧2h～4h后，按如下程序降温：600℃～800℃保温1h～2h，400℃～600℃保温1h～2h，200℃～400℃保温1h～2h；

B3、将小球取出，自然冷却，得到离子电极。

在本发明的离子电极中，所述离子电极的小球粒径大于等于4毫米、小于等于8毫米。

本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是：提供一种离子电极制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、取重量比20%～30%醋酸锌加入10%～30%无水乙醇中，搅拌至醋酸锌完全溶解；

S2、在搅拌状态下缓慢加入5%～10%氢氧化钠，生产透明溶胶，静置30min～60min；

S3、将溶胶在烘箱中60℃～180℃烘烤12h～24h，成为干燥凝胶；

S4、将干燥凝胶磨成粉末，与10%～15%羧羧甲基纤维素钠、15%～20%氧化亚铜、15%～20%二氧化锰混合均匀得到的混合粉料A，在混合粉料A中加入直径在0.2mm～3mm范围的粘土球芯并混合均匀，混合粉料A的重量百分比为50%～70%，粘土球芯的重量百分比为30%～50%，在不断喷入水雾的条件下旋转成球，成球直径4mm～8mm；

S5、将以上小球放入马弗炉中600℃～800℃煅烧2h～4h后，按如下程序降温：600℃～800℃保温1h～2h，400℃～600℃保温1h～2h，200℃～400℃保温1h～2h；

S6、将小球取出，自然冷却，得到离子电极。

本发明解决其技术问题之三所采用的技术方案是：提供一种高压脉冲三维电极反应器，其特征在于，包括反应器本体、设置在该反应器本体内相对两侧的主阳极和主阴极、分布于该反应器本体内的离子电极、设置于该反应器本体上部开口的布水器和连接该主阳极和主阴极的电源；

所述离子电极按如下方法制备而得：

S3、将溶胶在烘箱中60℃～180℃烘烤12h～24h，成为干燥凝胶；

S6、小球自然冷却，得到离子电极。

在本发明的高压脉冲三维电极反应器中，所述电源为脉冲电源。

在本发明的高压脉冲三维电极反应器中，所述脉冲电源电解电压为9V～15V，频率为3500Hz～5000Hz，占空比为30%～60%。

在本发明的高压脉冲三维电极反应器中，所述主阳极包括钛基体、底层、中间层和表面层，底层为含铂和氧化钯合金层、镀银合金层、镀铅银合金层、钛钽氧化物层、锡锑化合物层中的一种，中间层为完全无畸变α-PbO2层，表面层为β-PbO2层。

在本发明的高压脉冲三维电极反应器中，包括水泵和反应器本体出水口，该水泵出水口连接所述布水器进水口，该反应器本体出水口设置在所述反应器本体下部并配置阀门。

实施本发明的离子电极及其制备方法和高压脉冲三维电极反应器，与现有技术比较，其有益效果是：

1.利用陶瓷离子电极，克服了传统金属系离子电极价格昂贵、易于氧化、耐腐蚀性差、干扰电磁波等缺点，COD去除率提高20%，运行成本降低30%；

2.主阳极电极采用新型的钛基体PbO2电极，其催化活性高，析氧电位高，化学惰性强，克服了传统电极在阳极电流下二氧化铅镀层容易与钛基体脱离的缺点；

3.采用脉冲电流技术，使其既有电解的优势，又可克服恒稳直流电解的缺陷，使电耗、电极消耗降低。

附图说明

图1是本发明高压脉冲三维电极反应器一种实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

在本发明的离子电极采用如下方法制备而成：

将醋酸锌、无水乙醇、氢氧化钠采用溶胶—凝胶法混合，再与羧甲基纤维素钠、氧化亚铜、二氧化锰混合制备小球状离子电极。

实施例一

（1）取30%醋酸锌（重量百分比，下同）加入10%无水乙醇中，搅拌至醋酸锌完全溶解。

（2）在搅拌状态下缓慢加入10%氢氧化钠，生产透明溶胶，静置30分钟。

（3）将溶胶在烘箱中60℃烘烤24h，成为干燥凝胶。

（4）将干燥凝胶磨成粉末，与15%羧羧甲基纤维素钠、20%氧化亚铜、15%二氧化锰加水混合均匀得到的混合粉料A，在混合粉料A中加入直径在0.2mm～3mm范围的粘土球芯并混合均匀，混合粉料A的重量百分比为70%，粘土球芯的重量百分比为30%，在不断喷入水雾的条件下旋转成球，成球直径4mm～8mm。

（5）将以上小球放入马弗炉中600℃煅烧4h后，按如下程序降温：600℃保温2h，400℃保温2h，200℃保温2h。

（6）将小球取出，自然冷却，既得一种用于高COD污水处理的三维电极反应器的离子电极。

实施例二

（1）取23%醋酸锌（重量百分比，下同）加入20%无水乙醇中，搅拌至醋酸锌完全溶解。

（2）在搅拌状态下缓慢加入7%氢氧化钠，生产透明溶胶，静置45分钟。

（3）将溶胶在烘箱中120℃烘烤18h，成为干燥凝胶。

（4）将干燥凝胶磨成粉末，与15%羧羧甲基纤维素钠、15%氧化亚铜、20%二氧化锰加水混合均匀得到的混合粉料A，在混合粉料A中加入直径在0.2mm～3mm范围的粘土球芯并混合均匀，混合粉料A的重量百分比为50%，粘土球芯的重量百分比为50%，在不断喷入水雾的条件下旋转成球，成球直径4mm～8mm。。

（5）将以上小球放入马弗炉中700℃煅烧3h后，按如下程序降温：700℃保温1.5h，500℃保温1.5h，300℃保温1.5h。

实施例三

（1）取20%醋酸锌（重量百分比，下同）加入30%无水乙醇中，搅拌至醋酸锌完全溶解。

（2）在搅拌状态下缓慢加入5%氢氧化钠，生产透明溶胶，静置60分钟。

（3）将溶胶在烘箱中180℃烘烤12h，成为干燥凝胶。

（4）将干燥凝胶磨成粉末，与10%羧羧甲基纤维素钠、17%氧化亚铜、18%二氧化锰加水混合均匀得到的混合粉料A，在混合粉料A中加入直径在0.2mm～3mm范围的粘土球芯并混合均匀，混合粉料A的重量百分比为60%，粘土球芯的重量百分比为40%，在不断喷入水雾的条件下旋转成球，成球直径4mm～8mm。。

（5）将以上小球放入马弗炉中800℃煅烧2h后，按如下程序降温：800℃保温1h，600℃保温1h，400℃保温1h。

如图1所示，本发明的高压脉冲三维电极反应器包括水泵1、反应器本体5、设置在该反应器本体5内相对两侧的主阳极2和主阴极3、分布于该反应器本体内的离子电极6、设置于该反应器本体5上部开口的布水器7、连接主阳极2和主阴极3的电源4，水泵1的出水口连接布水器7的进水口。反应器本体5包括反应器本体出水口8，该反应器本体出水口8设置在反应器本体5的下部并配置阀门，便于将反应器本体5内处理完毕的水排放出反应器本体5，通常反应器本体出水口8设置在反应器本体5的最低点。

在其他实施例中，高压脉冲三维电极反应器不设置水泵1和反应器本体出水口8，而采用其他设备将待处理的污水加入反应器本体5、将处理完毕的水排出反应器本体5，也能够实现本发明目的。

本发明的高压脉冲三维电极反应器采用经上述离子电极制备方法制备出的离子电极。离子电极的制备方法如上述，在此不再赘述。

电源4可以采用脉冲电源。采用脉冲电源，可克服恒稳直流电解的缺陷，降低电耗和电极消耗。当然，使用恒流电源，也能够实现本发明目的。

电源4采用脉冲电源时，脉冲电源电解电压取9V，频率取3500Hz，占空比为取30%。

在其他实施例中，可以采用脉冲电源电解电压12V，频率取4200Hz，占空比为取45%，还可以采用采用脉冲电源电解电压15V，频率取5000Hz，占空比为取60%。

为提高电极的使用寿命，降低电极消耗，主阳极采用如下结构：包括钛基体、底层、中间层和表面层，底层为含铂和氧化钯合金层、镀银合金层、镀铅银合金层、钛钽氧化物层、锡锑化合物层中的一种，中间层为完全无畸变α-PbO2层，表面层为β-PbO2层，克服了传统电极在阳极电流下二氧化铅镀层容易与钛基体脱离的缺点，提高了主阳极使用寿命，降低电极消耗。

Claims

1.一种离子电极，呈小球状，其特征在于，包括均匀混合的醋酸锌、无水乙醇、氢氧化钠、羧甲基纤维素钠、氧化亚铜和二氧化锰，所述醋酸锌、无水乙醇、氢氧化钠、羧甲基纤维素钠、氧化亚铜、二氧化锰的组分重量百分比为：醋酸锌20%～30%、无水乙醇10%～30%、氢氧化钠5%～10%，羧甲基纤维素钠10%～15%、氧化亚铜15%～20%、二氧化锰15%～20%；

A3、将溶胶在烘箱中60℃～180℃烘烤12h～24h，成为干燥凝胶；

B1、将干燥凝胶磨成粉末，与10%～15%羧甲基纤维素钠、15%～20%氧化亚铜、15%～20%二氧化锰混合均匀得到的混合粉料A，在混合粉料A中加入直径在0.2mm～3mm范围的粘土球芯并混合均匀，混合粉料A的重量百分比为50%～70%，粘土球芯的重量百分比为30%～50%，在不断喷入水雾的条件下旋转成球；

B3、将小球取出，自然冷却，得到离子电极。

2.如权利要求1所述的离子电极，其特征在于，所述离子电极的小球粒径大于等于4毫米、小于等于8毫米。

3.一种离子电极制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S3、将溶胶在烘箱中60℃～180℃烘烤12h～24h，成为干燥凝胶；

S4、将干燥凝胶磨成粉末，与10%～15%羧甲基纤维素钠、15%～20%氧化亚铜、15%～20%二氧化锰混合均匀得到的混合粉料A，在混合粉料A中加入直径在0.2mm～3mm范围的粘土球芯并混合均匀，混合粉料A的重量百分比为50%～70%，粘土球芯的重量百分比为30%～50%，在不断喷入水雾的条件下旋转成球，成球直径4mm～8mm；

S6、将小球取出，自然冷却，得到离子电极。

4.一种高压脉冲三维电极反应器，其特征在于，包括反应器本体、设置在该反应器本体内相对两侧的主阳极和主阴极、分布于该反应器本体内的离子电极、设置于该反应器本体上部开口的布水器和连接该主阳极和主阴极的电源；

所述离子电极按如下方法制备而得：

S3、将溶胶在烘箱中60℃～180℃烘烤12h～24h，成为干燥凝胶；

S6、小球自然冷却，得到离子电极。

5.如权利要求4所述的高压脉冲三维电极反应器，其特征在于，所述电源为脉冲电源。

6.如权利要求5所述的高压脉冲三维电极反应器，其特征在于，所述脉冲电源电解电压为9V～15V，频率为3500Hz～5000Hz，占空比为30%～60%。

7.如权利要求4所述的高压脉冲三维电极反应器，其特征在于，所述主阳极包括钛基体、底层、中间层和表面层，底层为含铂和氧化钯合金层、镀银合金层、镀铅银合金层、钛钽氧化物层、锡锑化合物层中的一种，中间层为完全无畸变α-PbO2层，表面层为β-PbO2层。

8.如权利要求4至7之一所述的高压脉冲三维电极反应器，其特征在于，包括水泵和反应器本体出水口，该水泵出水口连接所述布水器进水口，该反应器本体出水口设置在所述反应器本体下部并配置阀门。