CN103539228B - 高效去除杂环化合物的多相电催化工业废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于高浓度有机废水的电化学处理技术领域的一种高效去除杂环化合物的多相电催化工业废水处理装置。该处理装置由电解槽、电极插槽、负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板、不锈钢阴极板、含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极、缓冲漏斗、进气管、电线、稳压稳流电源和多孔曝气管组成。缓冲漏斗的顶部与电解槽底部相连，在缓冲漏斗底部安装进气管。在电解槽两个侧壁下部分别安装一个多孔曝气管。在电解槽上共安装有4个电极插槽，用于插入不锈钢阴极板和负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板，将含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极均匀投入电解槽中。本发明制得的处理装置对含杂环化合物的工业废水处理效率高、成本低、操作简单。
Description
技术领域
本发明属于高浓度有机废水的电化学处理技术领域，具体涉及一种高效去除杂环化合物的多相电催化工业废水处理装置。
背景技术
电催化氧化技术通过产生羟基自由基等强氧化性的活性基团来降解废水中的有机污染物，具有无二次污染、成本低、适用性强、效率高等特点，在处理高浓度、难生化降解废水方面具有应用潜力。为增强难生化降解废水的电催化处理效果，提高电解槽单位体积有效反应面积、传质效果和电流效率是非常关键的问题，因此需要开发新型高效的电催化反应器。同时，将反应器的开发和与之相匹配的电极制备相结合进行，使电极的催化效率得到充分发挥是目前研究的重点之一。因此选择适合的电极材料和对其改性，以改善电极的表面催化性能，便成了电化学工作者研究的新课题。近30年来，钛基阳极板已发展成为金属氧化物电极的主要形式，目前修饰钛电极所使用的金属氧化物主要有氧化钌、氧化锰、氧化铅、氧化铂、氧化铱、锡锑氧化物等。电催化电极的表面微观结构和状态是影响电催化性能的重要因素，而电极的制备方法直接影响到电极的表面结构，因而选择合适的电极制备方法是提高电极电催化活性至关重要的关键环节。目前还缺少将反应器的开发和与之相匹配的电极制备相结合方面的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效去除杂环化合物的多相电催化工业废水处理装置。本发明的具体内容如下：
多相电催化工业废水处理装置由电解槽(1)、电极插槽(2)、负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板(3)、不锈钢阴极板(4)、含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极(5)、缓冲漏斗(6)、进气管(7)、电线(8)、稳压稳流电源(9)、多孔曝气管(10)组成。缓冲漏斗(6)的顶部与电解槽(1)的底部相连，缓冲漏斗(6)的高度为电解槽(1)高度的二分之一，缓冲漏斗(6)底部的长为电解槽横断面长的五分之一，缓冲漏斗(6)底部的宽为电解槽横断面宽的五分之一；在缓冲漏斗(6)的底部安装进气管(7)；在电解槽(1)两个侧壁的下部分别安装一个多孔曝气管(10)，多孔曝气管(10)的直径为5mm，在多孔曝气管(10)上每隔2mm均匀分布直径为0.5mm的小孔；在电解槽(1)上共安装有4个电极插槽(2)，每两个插槽为一对，分别位于电解槽(1)的正面和对面壁上，插槽上均匀分布宽度为2mm的卡位，用于插入不锈钢阴极板(4)和负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板(3)，卡位的间距为10mm；用电线(8)将不锈钢阴极板(4)和负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板(3)与稳压稳流电源(9)相连；最后将含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极(5)均匀投入电解槽(1)中。在运用多相电催化工业废水处理装置处理化工有机废水时，最佳的工作条件为：pH值为5.5，电压为15V，处理时间为120min。
其中，所述负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板由如下方法制备：
(1)用240号氧化铝耐水砂纸将钛片表面打磨至出现金属光泽，然后将其放入培养皿中，倒入50mL丙酮，在40kHz超声波清洗仪中用洗涤剂溶液清洗除油30min，取出先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗，然后放置在40kHz超声波清洗仪中用去离子水清洗15min；
(2)将步骤(1)得到的钛片放置在10％的草酸溶液中刻蚀2h，然后取出先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗后放置在40kHz超声波仪器中用去离子水清洗15min，晾干后保存在无水乙醇中备用；
(3)利用辉光放电对步骤(2)得到的钛片表面进行预处理10min，然后在MS56A型高真空多靶磁控溅射机上完成磁控溅射镀铂得到物质A，其中阴极靶材为铂片，钛片作为阳极基片，操作模式为射频溅射，真空度为8.0×10-2Pa，功率为100W，氩气压力为1pa；
(4)将正丁醇、异丙醇、异丁醇、无水乙醇按等体积比例混合，得到溶液A；将SnCl2.H2O溶于无水乙醇制成浓度为0.5mol／L的溶液B；将Ni(NO3)2.6H2O溶于无水乙醇制成浓度为0.5mol／L的溶液C1，另将Ni(NO3)2.6H2O溶于水中制成浓度为0.5mol／L的溶液并加入5滴硝酸以防水解，得到溶液C2；将Pb(NO3)2溶于水中制成浓度为0.5mol／L的溶液，加入5滴硝酸以防水解，得到溶液D；
(5)将溶液B与溶液C1按体积比2：8混合，得到溶液E1；将溶液E1与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F1-1、溶液F1-2、溶液F1-3；
(6)将溶液B与溶液C1按体积比4：6混合，得到溶液E2；将溶液E2与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F2-1、溶液F2-2、溶液F2-3；
(7)将溶液B与溶液C1按体积比6：4混合，得到溶液E3；将溶液E3与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F3-1、溶液F3-2、溶液F3-3；
(8)将溶液B与溶液C1按体积比8：2混合，得到溶液E4；将溶液E4与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F4-1、溶液F4-2、溶液F4-3；
(9)将溶液C2与溶液D按体积比3：7混合，得到溶液G1；将溶液G1与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量2份，得到溶液H1-1、溶液H1-2；
(10)将溶液C2与溶液D按体积比1∶9混合，得到溶液G2；将溶液G2与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量2份，得到溶液H2-1、溶液H2-2；
(11)将溶液D与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量4份，得到溶液D1、溶液D2、溶液D3、溶液D4；
(12)将步骤(3)得到的物质A浸入到溶液F1-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-1；
(13)将物质B1-1浸入到溶液F2-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-1；
(14)将物质B2-1浸入到溶液F3-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-1；
(15)将物质B3-1浸入到溶液F4-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-1；
(16)将物质B4-1浸入到溶液F1-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-2；
(17)将物质B1-2浸入到溶液F2-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-2；
(18)将物质B2-2浸入到溶液F3-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-2；
(19)将物质B3-2浸入到溶液F4-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-2；
(20)将物质B4-2浸入到溶液F1-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-3；
(21)将物质B1-3浸入到溶液F2-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-3；
(22)将物质B2-3浸入到溶液F3-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-3；
(23)将物质B3-3浸入到溶液F4-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-3；
(24)将物质B4-3浸入到溶液H1-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质C1-1；
(25)将物质C1-1浸入到溶液H2-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质C2-1；
(26)将物质C2-1浸入到溶液H1-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质C1-2；
(27)将物质C1-2浸入到溶液H2-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质C2-2；
(28)将物质C2-2浸入到溶液D1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质D1；
(29)将物质D1浸入到溶液D2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质D2；
(30)将物质D2浸入到溶液D3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质D3；
(31)将物质D3浸入到溶液D4中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到的物质即为负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板。
所述含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极由如下方法制备：
(1)将300g粒径为3-5mm的γ-Al2O3球用500ml去离子水洗涤，重复洗涤3次，然后放入200ml无水乙醇中浸泡10h，用500ml去离子水清洗1次后，在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质A；
(2)将50ml浓度为0.5mol／L的AgNO3加入150ml异丙醇中，得到溶液A；
(3)将步骤(1)得到的颗粒物质A加入步骤(2)得到的溶液A中，并在摇床中摇动3h，过滤得到颗粒物质B和微乳液X，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质B，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质C；
(4)将步骤(3)得到的颗粒物质C置于马弗炉中在500℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质D；
(5)将步骤(4)得到的颗粒物质D加入步骤(3)得到的微乳液X中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质E，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质E，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，然后置于马弗炉中在500℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质F；
(6)将10ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和100ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入10ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，摇匀后分成等量5份，得到溶液B1、溶液B2、溶液B3、溶液B4、溶液B5；
(7)将步骤(5)得到的颗粒物质F加入步骤(6)得到的溶液B1中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G1，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G1，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H1；
(8)将步骤(7)得到的颗粒物质H1加入步骤(6)得到的溶液B2中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G2，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G2，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H2；
(9)将步骤(8)得到的颗粒物质H2加入步骤(6)得到的溶液B3中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G3，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G3，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H3；
(10)将步骤(9)得到的颗粒物质H3加入步骤(6)得到的溶液B4中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G4，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G4，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H4；
(11)将步骤(10)得到的颗粒物质H4加入步骤(6)得到的溶液B5中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G5，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G5，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H5；将H5置于马弗炉中在550℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质I；
(12)将20ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和80ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入20ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液C；
(13)将步骤(11)得到的颗粒物质I加入步骤(12)得到的溶液C中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质J，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质J，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质K；
(14)将40ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和40ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入40ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液D；
(15)将步骤(13)得到的颗粒物质K加入步骤(14)得到的溶液D中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质L，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质L，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质M；
(16)将45ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和15ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入60ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液E；
(17)将步骤(15)得到的颗粒物质M加入步骤(16)得到的溶液E中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质N，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质N，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质O；
(18)将15ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和5ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入100ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液F；
(19)将步骤(17)得到的颗粒物质O加入步骤(18)得到的溶液F中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质P，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质P，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质Q，将Q置于马弗炉中在550℃条件下焙烧4h，得到的颗粒物质即为含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极。
本发明的有益效果是，多相电催化工业废水处理装置对化工有机废水处理效率高、成本低、操作简单。
附图说明
附图1是多相电催化工业废水处理装置的透视图。附图1中1为电解槽，2为电极插槽，3为负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板，4为不锈钢阴极板，5为含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极，6为缓冲漏斗，7为进气管，8为电线，9为稳压稳流电源，10为多孔曝气管。
具体实施方式
实施例
(1)多相电催化工业废水处理装置的制备过程如下：
电解槽的长为60mm，宽为50mm，高为120mm。缓冲漏斗顶部的长为60mm，宽为50mm，底部的长为12mm，宽为10mm，高为60mm，缓冲漏斗与电解槽的底部相连，在缓冲漏斗的底部安装直径为8mm的进气管。在电解槽两个侧壁的下部分别安装一个直径为5mm的多孔曝气管，多孔曝气管距电解槽底部的距离为15mm，在多孔曝气管上每隔2mm均匀分布直径为0.5mm的小孔；共有4个电极插槽，每两个插槽为一对，分别位于电解槽的正面和对面壁上，下面的插槽距电解槽底部的距离为35mm，上面的插槽距电解槽底部的距离为85mm，每个插槽上均匀分布宽度为2mm的卡位，卡位的间距为10mm，用于插入长度为60mm、宽度为40mm、厚度为2mm的不锈钢阴极板和负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板。用电线将不锈钢阴极板和负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板与稳压稳流电源相连。最后将含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极均匀投入电解槽中。
(2)负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板由如下过程制备：
将长度为60mm、宽度为40mm、厚度为2mm的钛片用240号氧化铝耐水砂纸打磨至表面出现金属光泽，然后将其放入培养皿中，倒入50mL丙酮，在40kHz超声波清洗仪中用洗涤剂溶液清洗除油30min，然后取出先用500mL自来水冲洗，再用100mL去离子水冲洗，再放置在40kHz超声波清洗仪中用去离子水清洗15min；然后将清洗后的钛片放置在100mL质量浓度为10％的草酸溶液中刻蚀2h，取出先用500mL自来水冲洗，再用100mL去离子水冲洗，再放置在40kHz超声波仪器中用去离子水清洗15min，晾干后保存在无水乙醇中备用；
取出保存在无水乙醇中的钛片，利用辉光放电对其表面进行预处理10min，然后在MS56A型高真空多靶磁控溅射机上完成磁控溅射镀铂得到物质A，其中阴极靶材为铂片，钛片作为阳极基片，操作模式为射频溅射，真空度为8.0×10-2Pa，功率为100W，氩气压力为1pa；
将150mL正丁醇、150mL异丙醇、150mL异丁醇和150mL无水乙醇混合均匀，得到600mL溶液A；将20.8克SnCl2.H2O溶于200mL无水乙醇制成浓度为0.5mol／L的溶液B；将29.1克Ni(NO3)2.6H2O溶于200mL无水乙醇中制成浓度为0.5mol／L的溶液C1，将29.1克Ni(NO3)2.6H2O溶于200mL水中制成浓度为0.5mol／L的溶液，加入5滴硝酸以防水解，得到200mL溶液C2；将33.1克Pb(NO3)2溶于200mL水中制成浓度为0.5mol／L的溶液，加入5滴硝酸以防水解，得到溶液D；
将15mL溶液B与60mL溶液C1混合，得到75mL溶液E1；将75mL溶液E1与75mL溶液A混合，摇匀后分成等量3份，得到50mL溶液F1-1、50mL溶液F1-2、50mL溶液F1-3；
将30mL溶液B与45mL溶液C1混合，得到75mL溶液E2；将75mL溶液E2与75mL溶液A混合，摇匀后分成等量3份，得到50mL溶液F2-1、50mL溶液F2-2、50mL溶液F2-3；
将45mL溶液B与30mL溶液C1混合，得到75mL溶液E3；将75mL溶液E3与75mL溶液A混合，摇匀后分成等量3份，得到50mL溶液F3-1、50mL溶液F3-2、50mL溶液F3-3；
将60mL溶液B与15mL溶液C1混合，得到75mL溶液E4；将75mL溶液E4与75mL溶液A混合，摇匀后分成等量3份，得到50mL溶液F4-1、50mL溶液F4-2、50mL溶液F4-3；
将15mL溶液C2与35mL溶液D混合，得到50mL溶液G1；将50mL溶液G1与50mL溶液A混合，摇匀后分成等量2份，得到50mL溶液H1-1、50mL溶液H1-2；
将5mL溶液C2与45mL溶液D混合，得到50mL溶液G2；将50mL溶液G2与50mL溶液A混合，摇匀后分成等量2份，得到50mL溶液H2-1、50mL溶液H2-2；
将100mL溶液D与100mL溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量4份，得到50mL溶液D1、50mL溶液D2、50mL溶液D3、50mL溶液D4；
将物质A浸入到50mL溶液F1-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-1；将物质B1-1浸入到50mL溶液F2-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-1；将物质B2-1浸入到50mL溶液F3-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-1；将物质B3-1浸入到50mL溶液F4-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-1；
将物质B4-1浸入到50mL溶液F1-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-2；将物质B1-2浸入到50mL溶液F2-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-2；将物质B2-2浸入到50mL溶液F3-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-2；将物质B3-2浸入到50mL溶液F4-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-2；将物质B4-2浸入到50mL溶液F1-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-3；将物质B1-3浸入到50mL溶液F2-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-3；将物质B2-3浸入到50mL溶液F3-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-3；将物质B3-3浸入到50mL溶液F4-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-3；将物质B4-3浸入到50mL溶液H1-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质C1-1；
将物质C1-1浸入到50mL溶液H2-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质C2-1；将物质C2-1浸入到50mL溶液H1-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质C1-2；
将物质C1-2浸入到50mL溶液H2-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质C2-2；将物质C2-2浸入到50mL溶液D1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质D1；
将物质D1浸入到50mL溶液D2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质D2；将物质D2浸入到50mL溶液D3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质D3；
将物质D3浸入到50mL溶液D4中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到的物质即为负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板。
(3)含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极由如下方法制备：
将300g粒径为3-5mm的γ-Al2O3球用500ml去离子水洗涤，重复洗涤3次，然后放入200ml无水乙醇中浸泡10h，用500ml去离子水清洗1次后，在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质A。
将50ml浓度为0.5mol／L的AgNO3加入150ml异丙醇中，得到溶液A。将颗粒物质A加入到溶液A中，并在摇床中摇动3h，过滤得到颗粒物质B和微乳液X，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质B，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质C；将颗粒物质C置于马弗炉中在500℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质D；将颗粒物质D加入到微乳液X中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质E，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤E，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，然后置于马弗炉中在500℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质F。
将10ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和100ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入10ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，摇匀后分成等量5份，得到溶液B1、溶液B2、溶液B3、溶液B4、溶液B5；
将颗粒物质F加入到溶液B1中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G1，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G1，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H1；将颗粒物质H1加入到溶液B2中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G2，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G2，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H2；将颗粒物质H2加入到溶液B3中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G3，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G3，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H3；将颗粒物质H3加入到溶液B4中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G4，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G4，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H4；将颗粒物质H4加入到溶液B5中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G5，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G5，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H5；将H5置于马弗炉中在550℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质I。
将20ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和80ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入20ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液C。
将颗粒物质I加入到溶液C中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质J，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质J，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质K。
将40ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和40ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入40ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液D。
将颗粒物质K加入到溶液D中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质L，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质L，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质M。
将45ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和15ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入60ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液E。
将颗粒物质M加入到溶液E中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质N，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质N，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质O。
将15ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和5ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入100ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液F。
将颗粒物质O加入到溶液F中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质P，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质P，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质Q，将Q置于马弗炉中在550℃条件下焙烧4h，得到的颗粒物质即为含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极。
(4)降解实验
运用本发明得到的多相电催化工业废水处理装置对含杂环化合物的煤化工废水进行了降解试验，结果表明该处理装置能够高效去除煤化工废水中的杂环化合物，当进水COD为512mg／L时，在pH值为5.5，电压为15V，处理时间为120min条件下，处理后出水中的COD降低到51mg/L，处理效率达到90.04％。
Claims (2)
1.一种高效去除杂环化合物的多相电催化工业废水处理装置，其特征在于，该处理装置由电解槽、电极插槽、负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板、不锈钢阴极板、含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极、缓冲漏斗、进气管、电线、稳压稳流电源和多孔曝气管组成；缓冲漏斗的顶部与电解槽的底部相连，缓冲漏斗的高度为电解槽高度的二分之一，缓冲漏斗底部的长为电解槽横断面长的五分之一，缓冲漏斗底部的宽为电解槽横断面宽的五分之一；在缓冲漏斗的底部安装进气管；在电解槽两个侧壁的下部分别安装一个多孔曝气管；多孔曝气管的直径为5mm，在多孔曝气管上每隔2mm均匀分布直径为0.5mm的小孔；在电解槽上共安装有4个电极插槽，用于插入不锈钢阴极板和负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板；含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极均匀分布在电解槽中；其中，所述负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板由如下方法制备：
(1)用240号氧化铝耐水砂纸将钛片表面打磨至出现金属光泽，然后将其放入培养皿中，倒入50mL丙酮，在40kHz超声波清洗仪中用洗涤剂溶液清洗除油30min，取出先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗，然后放置在40kHz超声波清洗仪中用去离子水清洗15min；
(2)将步骤(1)得到的钛片放置在10％的草酸溶液中刻蚀2h，然后取出先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗后放置在40kHz超声波仪器中用去离子水清洗15min，晾干后保存在无水乙醇中备用；
(3)利用辉光放电对步骤(2)得到的钛片表面进行预处理10min，然后在MS56A型高真空多靶磁控溅射机上完成磁控溅射镀铂得到物质A，其中阴极靶材为铂片，钛片作为阳极基片，操作模式为射频溅射，真空度为8.0×10-2Pa，功率为100W，氩气压力为1pa；
(4)将正丁醇、异丙醇、异丁醇、无水乙醇按等体积比例混合，得到溶液A；将SnCl2.H2O溶于无水乙醇制成浓度为0.5mol／L的溶液B；将Ni(NO3)2.6H2O溶于无水乙醇制成浓度为0.5mol／L的溶液C1，另将Ni(NO3)2.6H2O溶于水中制成浓度为0.5mol／L的溶液并加入5滴硝酸以防水解，得到溶液C2；将Pb(NO3)2溶于水中制成浓度为0.5mol／L的溶液，加入5滴硝酸以防水解，得到溶液D；
(5)将溶液B与溶液C1按体积比2：8混合，得到溶液E1；将溶液E1与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F1-1、溶液F1-2、溶液F1-3；
(6)将溶液B与溶液C1按体积比4：6混合，得到溶液E2；将溶液E2与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F2-1、溶液F2-2、溶液F2-3；
(7)将溶液B与溶液C1按体积比6：4混合，得到溶液E3；将溶液E3与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F3-1、溶液F3-2、溶液F3-3；
(8)将溶液B与溶液C1按体积比8：2混合，得到溶液E4；将溶液E4与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F4-1、溶液F4-2、溶液F4-3；
(9)将溶液C2与溶液D按体积比3：7混合，得到溶液G1；将溶液G1与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量2份，得到溶液H1-1、溶液H1-2；
(10)将溶液C2与溶液D按体积比1：9混合，得到溶液G2；将溶液G2与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量2份，得到溶液H2-1、溶液H2-2；
(11)将溶液D与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量4份，得到溶液D1、溶液D2、溶液D3、溶液D4；
(12)将步骤(3)得到的物质A浸入到溶液F1-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-1；
(13)将物质B1-1浸入到溶液F2-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-1；
(14)将物质B2-1浸入到溶液F3-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-1；
(15)将物质B3-1浸入到溶液F4-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-1；
(16)将物质B4-1浸入到溶液F1-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-2；
(17)将物质B1-2浸入到溶液F2-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-2；
(18)将物质B2-2浸入到溶液F3-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-2；
(19)将物质B3-2浸入到溶液F4-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-2；
(20)将物质B4-2浸入到溶液F1-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-3；
(21)将物质B1-3浸入到溶液F2-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-3；
(22)将物质B2-3浸入到溶液F3-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-3；
(23)将物质B3-3浸入到溶液F4-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-3；
(24)将物质B4-3浸入到溶液H1-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质C1-1；
(25)将物质C1-1浸入到溶液H2-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质C2-1；
(26)将物质C2-1浸入到溶液H1-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质C1-2；
(27)将物质C1-2浸入到溶液H2-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质C2-2；
(28)将物质C2-2浸入到溶液D1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质D1；
(29)将物质D1浸入到溶液D2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质D2；
(30)将物质D2浸入到溶液D3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质D3；
(31)将物质D3浸入到溶液D4中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到的物质即为负载Pt掺杂NiO-SnO镀PbO膜钛基阳极板。
2.根据权利要求1所述一种高效去除杂环化合物的多相电催化工业废水处理装置，其特征在于，该处理装置中的含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极由如下方法制备：
(1)将300g粒径为3-5mm的γ-Al2O3球用500ml去离子水洗涤，重复洗涤3次，然后放入200ml无水乙醇中浸泡10h，用500ml去离子水清洗1次后，在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质A；
(2)将50ml浓度为0.5mol／L的AgNO3加入150ml异丙醇中，得到溶液A；
(3)将步骤(1)得到的颗粒物质A加入步骤(2)得到的溶液A中，并在摇床中摇动3h，过滤得到颗粒物质B和微乳液X，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质B，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质C；
(4)将步骤(3)得到的颗粒物质C置于马弗炉中在500℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质D；
(5)将步骤(4)得到的颗粒物质D加入步骤(3)得到的微乳液X中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质E，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质E，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，然后置于马弗炉中在500℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质F；
(6)将10ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和100ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入10ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，摇匀后分成等量5份，得到溶液B1、溶液B2、溶液B3、溶液B4、溶液B5；
(7)将步骤(5)得到的颗粒物质F加入步骤(6)得到的溶液B1中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G1，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G1，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H1；
(8)将步骤(7)得到的颗粒物质H1加入步骤(6)得到的溶液B2中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G2，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G2，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H2；
(9)将步骤(8)得到的颗粒物质H2加入步骤(6)得到的溶液B3中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G3，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G3，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H3；
(10)将步骤(9)得到的颗粒物质H3加入步骤(6)得到的溶液B4中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G4，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G4，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H4；
(11)将步骤(10)得到的颗粒物质H4加入步骤(6)得到的溶液B5中，并在摇床中摇动3h，过滤除去液体得到颗粒物质G5，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质G5，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质H5；将H5置于马弗炉中在550℃条件下焙烧4h，得到颗粒物质I；
(12)将20ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和80ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入20ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液C；
(13)将步骤(11)得到的颗粒物质I加入步骤(12)得到的溶液C中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质J，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质J，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质K；
(14)将40ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和40ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入40ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液D；
(15)将步骤(13)得到的颗粒物质K加入步骤(14)得到的溶液D中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质L，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质L，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质M；
(16)将45ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和15ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入60ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液E；
(17)将步骤(15)得到的颗粒物质M加入步骤(16)得到的溶液E中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质N，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质N，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质O；
(18)将15ml浓度为0.5mol／L的Ce(NO3)2溶液和5ml浓度为0.5mol／L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入100ml浓度为0.5mol／L的NiCl2溶液，得到溶液F；
(19)将步骤(17)得到的颗粒物质O加入步骤(18)得到的溶液F中，并在摇床中摇动3h；过滤除去液体得到颗粒物质P，用100mL质量浓度为95％的乙醇洗涤颗粒物质P，重复洗涤2次，然后在80℃条件下干燥10h，得到颗粒物质Q，将Q置于马弗炉中在550℃条件下焙烧4h，得到的颗粒物质即为含CoO中间层的负载Ag掺杂NiO-CeO2活性氧化铝粒子电极。
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