CN104030414B - 用于高浓度有机废水处理的非均相电-Fenton装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于难降解有机废水电化学处理技术领域的用于高浓度有机废水处理的非均相电-Fenton装置。该装置由电解槽、电极插槽、多金属复合阳极、三维多孔阴极板、颗粒活性炭、挡板、布气板、进气管、电线、稳压稳流电源、搅拌轴、搅拌叶片和搅拌电机组成。在电解槽的侧壁中下部开设进气管的插孔；在电解槽的底部安装布气板，在布气板的上方安装挡板；在电解槽上共安装有4个电极插槽，用于插入三维多孔阴极板和多金属复合阳极，将颗粒活性炭均匀投入阴极板和阳极板之间的空隙中。搅拌叶片分布在搅拌轴的下端，搅拌轴和搅拌电机相连。本发明制得的非均相电-Fenton装置对高浓度有机废水处理效率高、成本低、操作简单。
Description
技术领域
本发明属于难降解有机废水的电化学处理技术领域，具体涉及用于高浓度有机废水处理的非均相电-Fenton装置。
背景技术
电-Fenton法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-Fenton法处理效果，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-Fenton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，钛基板电极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用于高浓度有机废水处理的非均相电-Fenton装置。本发明的具体内容如下：
用于高浓度有机废水处理的非均相电-Fenton装置由电解槽(1)、电极插槽(2)、多金属复合阳极(3)、三维多孔阴极板(4)、颗粒活性炭(5)、挡板(6)、布气板(7)、进气管(8)、电线(9)、稳压稳流电源(10)、搅拌轴(11)、搅拌叶片(12)和搅拌电机(13)组成。在电解槽(1)的侧壁中下部开设进气管(8)的插孔；在电解槽(1)的底部安装布气板(7)，在布气板(7)上均匀开设孔径为1mm的布气孔，布气板(7)位于进气管(8)的上方；在布气板(7)的上方安装挡板(6)，在挡板(6)上均匀开设孔径为2mm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，用于插入三维多孔阴极板(4)和多金属复合阳极(3)，卡位的间距为10mm；用电线(9)将三维多孔阴极板(4)和多金属复合阳极(3)与稳压稳流电源(10)相连；最后将颗粒活性炭(5)均匀投入三维多孔阴极板(4)和多金属复合阳极(3)之间的空隙中。搅拌叶片(12)分布在搅拌轴(11)的下端，搅拌轴(11)和搅拌电机(13)相连。
其中，所述三维多孔阴极板由如下方法制备：
(1)取7.5g活性炭粉加入500mL烧杯中，加入100mL去离子水并煮沸2h，除去上层杂质并真空抽滤，将抽滤后的活性炭粉放入90℃烘箱中干燥12h，得到物质A；
(2)将物质A放入500mL烧杯中，向烧杯中加入100mL浓度为0.55mol/L的HNO3，搅拌6h后放入90℃烘箱中干燥24h，得到物质B；
(3)将长度为60mm、宽度为40mm、厚度为2mm镍网放入1000mL烧杯中，加入700mL去离子水并煮沸1h，取出镍网用250mL去离子水清洗，将清洗后的镍网放入500mL烧杯中，加入100mL浓度为0.1mol/L的盐酸溶液浸泡0.5h，然后取出镍网用250mL去离子水冲洗，晾干后得到物质C；
(4)将5.5g物质B放入500mL烧杯中，然后加入10mL浓度为4.5mol/L的KNO3水溶液、9.0mL质量百分比浓度为28％的十二烷基酚聚氧乙烯醚水溶液、45mL乙醚、35mL甲醇，在100r/min条件下搅拌10min，然后加入8.5mL质量百分比浓度为75％的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌10min，得到溶液A，将溶液A放入90℃恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物A；
(5)将膏状物A涂抹在物质C的一侧得到物质D，将物质D放于压片机上，在压力为2t条件下保压1min，得到物质E；
(6)将3.00g十六烷基三甲基溴化铵、17.00mL正辛烷、5.00mL正丁醇依次加入250mL锥形瓶中，再加入2.00g偏钒酸铵和100mL去离子水，置于70℃水浴中在5000r/min条件下搅拌15min，得到微乳液B；
(7)将3.00g十六烷基三甲基溴化铵、17.00mL正辛烷、5.00mL正丁醇依次加入250mL锥形瓶中，再加入100mL摩尔浓度为0.80mol/L的稀硫酸，在1000r/min条件下搅拌15min，得到微乳液C；
(8)将微乳液B与微乳液C混合，然后在1000r/min条件下搅拌10min，静置10h，再在6000r/min条件下离心20min，去除上清液，用15mL质量分数为95％的乙醇洗涤，重复洗涤5次，得到固体产物M；
(9)将固体产物M在100℃条件下干燥24h，再置于马弗炉中在500℃条件下焙烧2h，得到颗粒N；
(10)将20mg颗粒N加入250mL锥形瓶中，再加入1.16g聚乙烯吡咯烷酮和100mL去离子水，超声震荡10min，加入1.00mL质量浓度为0.02g/mL的HAuCl4溶液，继续超声震荡5min；
(11)向步骤(10)处理后的锥形瓶中加入2.00mL重量百分比为1％的柠檬酸钠溶液，在40℃条件下震荡反应30min，在6000r/min条件下离心15min，去除上清液，然后用15mL去离子水洗涤，重复洗涤两遍，在20℃条件下干燥24h后获得固体产物P；
(12)将5.00固体产物P、2.00g十二烷基苯磺酸钠、50mL去离子水加入150mL锥形瓶中，在1000r/min条件下搅拌10min，得到溶液D；
(13)将1.2g物质B放入500mL烧杯中，然后加入5.5mL浓度为4.5mol/L的KNO3水溶液、4.5mL质量百分比浓度为28％的十二烷基酚聚氧乙烯醚水溶液、45mL乙醚、35mL甲醇、5mL溶液D，在100r/min条件下搅拌10min，然后加入2.5mL质量百分比浓度为75％的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌10min，得到溶液E，将溶液E放入80℃恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物B；
(14)将膏状物B涂抹在物质E的另一侧得到物质F，将物质F放于压片机上，在压力为2t条件下保压1min，得到物质G；
(15)将物质G放入300℃马弗炉中煅烧1h，然后放在热压机中，在温度为350℃，压力为10t的条件下保压1min，冷却后即可得到三维多孔膜电极。
所述多金属复合阳极由如下方法制备：
(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Zn(NO3)2.6H2O溶于无水乙醇制成浓度为0.5mol/L的溶液C1，另将Zn(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，得到的物质即为多金属复合阳极。
本发明的有益效果是，该非均相电-Fenton装置对含多种难降解有机化合物废水处理效率高、成本低、操作简单。
附图说明
附图1是非均相电-Fenton装置的透视图。附图1中1为电解槽，2为电极插槽，3为多金属复合阳极，4为三维多孔阴极板，5为颗粒活性炭，6为挡板，7为布气板，8为进气管，9为电线，10为稳压稳流电源，11为搅拌轴、12为搅拌叶片、13为搅拌电机。
具体实施方式
实施例
(1)用于高浓度有机废水处理的非均相电-Fenton装置的制备过程如下：
电解槽的长为60mm，宽为50mm，高为120mm。在电解槽侧壁中心线上距底部10mm处开设孔径为2mm的进气管插孔。布气板是长为56mm、宽为46mm、厚为3mm的薄板，在布气板上均匀开设孔径为1mm的布气孔，布气板距电解槽底部的距离为15mm。挡板是长为56mm、宽为46mm、厚为5mm的薄板，在挡板上均匀开设孔径为2mm的小孔，挡板距电解槽底部的距离为20mm。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的三维多孔阴极板和多金属复合阳极。用电线将三维多孔阴极板和多金属复合阳极与稳压稳流电源相连。最后将颗粒活性炭均匀投入三维多孔阴极板和多金属复合阳极之间的空隙中。在搅拌轴的下端安装搅拌叶片，最后连接搅拌电机。
(2)三维多孔阴极板由如下方法制备：
取7.5g活性炭粉加入500mL烧杯中，加入100mL去离子水并煮沸2h，除去上层杂质并真空抽滤，将抽滤后的活性炭粉放入90℃烘箱中干燥12h，得到物质A；将物质A放入500mL烧杯中，向烧杯中加入100mL浓度为0.55mol/L的HNO3，搅拌6h后放入90℃烘箱中干燥24h，得到物质B；
将长度为60mm、宽度为40mm、厚度为2mm镍网放入1000mL烧杯中，加入700mL去离子水并煮沸1h，取出镍网用250mL去离子水清洗，将清洗后的镍网放入500mL烧杯中，加入100mL浓度为0.1mol/L的盐酸溶液浸泡0.5h，然后取出镍网用250mL去离子水冲洗，晾干后得到物质C；
将5.5g物质B放入500mL烧杯中，然后加入10mL浓度为4.5mol/L的KNO3水溶液、9.0mL质量百分比浓度为28％的十二烷基酚聚氧乙烯醚水溶液、45mL乙醚、35mL甲醇，在100r/min条件下搅拌10min，然后加入8.5mL质量百分比浓度为75％的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌10min，得到溶液A，将溶液A放入90℃恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物A；
将膏状物A涂抹在物质C的一侧得到物质D，将物质D放于压片机上，在压力为2t条件下保压1min，得到物质E；
将3.00g十六烷基三甲基溴化铵、17.00mL正辛烷、5.00mL正丁醇依次加入250mL锥形瓶中，再加入2.00g偏钒酸铵和100mL去离子水，置于70℃水浴中在5000r/min条件下搅拌15min，得到微乳液B；
将3.00g十六烷基三甲基溴化铵、17.00mL正辛烷、5.00mL正丁醇依次加入250mL锥形瓶中，再加入100mL摩尔浓度为0.80mol/L的稀硫酸，在1000r/min条件下搅拌15min，得到微乳液C；
将微乳液B与微乳液C混合，然后在1000r/min条件下搅拌10min，静置10h，再在6000r/min条件下离心20min，去除上清液，用15mL质量分数为95％的乙醇洗涤，重复洗涤5次，得到固体产物M；
将固体产物M在100℃条件下干燥24h，再置于马弗炉中在500℃条件下焙烧2h，得到颗粒N；将20mg颗粒N加入250mL锥形瓶中，再加入1.16g聚乙烯吡咯烷酮和100mL去离子水，超声震荡10min，加入1.00mL质量浓度为0.02g/mL的HAuCl4溶液，继续超声震荡5min；向锥形瓶中加入2.00mL重量百分比为1％的柠檬酸钠溶液，在40℃条件下震荡反应30min，在6000r/min条件下离心15min，去除上清液，然后用15mL去离子水洗涤，重复洗涤两遍，在20℃条件下干燥24h后获得固体产物P；
将5.00固体产物P、2.00g十二烷基苯磺酸钠、50mL去离子水加入150mL锥形瓶中，在1000r/min条件下搅拌10min，得到溶液D；
将1.2g物质B放入500mL烧杯中，然后加入5.5mL浓度为4.5mol/L的KNO3水溶液、4.5mL质量百分比浓度为28％的十二烷基酚聚氧乙烯醚水溶液、45mL乙醚、35mL甲醇、5mL溶液D，在100r/min条件下搅拌10min，然后加入2.5mL质量百分比浓度为75％的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌10min，得到溶液E，将溶液E放入80℃恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物B；
将膏状物B涂抹在物质E的另一侧得到物质F，将物质F放于压片机上，在压力为2t条件下保压1min，得到物质G；
将物质G放入300℃马弗炉中煅烧1h，然后放在热压机中，在温度为350℃，压力为10t的条件下保压1min，冷却后即可得到三维多孔膜电极。
(3)多金属复合阳极由如下过程制备：
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29.7克Zn(NO3)2.6H2O溶于200mL无水乙醇中制成浓度为0.5mol/L的溶液C1，将29.7克Zn(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，得到的物质即为多金属复合阳极。
(4)降解实验
运用本发明得到的非均相电-Fenton装置对含多种难降解有机化合物废水进行了降解试验，结果表明该非均相电-Fenton装置能够高效去除废水中的多种难降解有机化合物，当进水COD为697mg/L时，处理后出水中的COD降低到42mg/L。
Claims (2)
1.用于高浓度有机废水处理的非均相电-Fenton装置，其特征在于，该装置由电解槽、电极插槽、多金属复合阳极、三维多孔阴极板、颗粒活性炭、挡板、布气板、进气管、电线、稳压稳流电源、搅拌轴、搅拌叶片和搅拌电机组成；在电解槽的侧壁中下部开设进气管的插孔；在电解槽的底部安装布气板，在布气板上均匀开设孔径为1mm的布气孔，布气板位于进气管的上方；在布气板的上方安装挡板，在挡板上均匀开设孔径为2mm的小孔；在电解槽上共安装有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，插槽上均匀分布宽度为2mm的卡位，用于插入三维多孔阴极板和多金属复合阳极，卡位的间距为10mm；用电线将三维多孔阴极板和多金属复合阳极与稳压稳流电源相连；最后将颗粒活性炭均匀投入三维多孔阴极板和多金属复合阳极之间的空隙中；搅拌叶片分布在搅拌轴的下端，搅拌轴和搅拌电机相连；其中，三维多孔阴极板由如下方法制备：
(1)取7.5g活性炭粉加入500mL烧杯中，加入100mL去离子水并煮沸2h，除去上层杂质并真空抽滤，将抽滤后的活性炭粉放入90℃烘箱中干燥12h，得到物质A；
(2)将物质A放入500mL烧杯中，向烧杯中加入100mL浓度为0.55mol/L的HNO3，搅拌6h后放入90℃烘箱中干燥24h，得到物质B；
(3)将长度为60mm、宽度为40mm、厚度为2mm镍网放入1000mL烧杯中，加入700mL去离子水并煮沸1h，取出镍网用250mL去离子水清洗，将清洗后的镍网放入500mL烧杯中，加入100mL浓度为0.1mol/L的盐酸溶液浸泡0.5h，然后取出镍网用250mL去离子水冲洗，晾干后得到物质C；
(4)将5.5g物质B放入500mL烧杯中，然后加入10mL浓度为4.5mol/L的KNO3水溶液、9.0mL质量百分比浓度为28％的十二烷基酚聚氧乙烯醚水溶液、45mL乙醚、35mL甲醇，在100r/min条件下搅拌10min，然后加入8.5mL质量百分比浓度为75％的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌10min，得到溶液A，将溶液A放入90℃恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物A；
(5)将膏状物A涂抹在物质C的一侧得到物质D，将物质D放于压片机上，在压力为2t条件下保压1min，得到物质E；
(6)将3.00g十六烷基三甲基溴化铵、17.00mL正辛烷、5.00mL正丁醇依次加入250mL锥形瓶中，再加入2.00g偏钒酸铵和100mL去离子水，置于70℃水浴中在5000r/min条件下搅拌15min，得到微乳液B；
(7)将3.00g十六烷基三甲基溴化铵、17.00mL正辛烷、5.00mL正丁醇依次加入250mL锥形瓶中，再加入100mL摩尔浓度为0.80mol/L的稀硫酸，在1000r/min条件下搅拌15min，得到微乳液C；
(8)将微乳液B与微乳液C混合，然后在1000r/min条件下搅拌10min，静置10h，再在6000r/min条件下离心20min，去除上清液，用15mL质量分数为95％的乙醇洗涤，重复洗涤5次，得到固体产物M；
(9)将固体产物M在100℃条件下干燥24h，再置于马弗炉中在500℃条件下焙烧2h，得到颗粒N；
(10)将20mg颗粒N加入250mL锥形瓶中，再加入1.16g聚乙烯吡咯烷酮和100mL去离子水，超声震荡10min，加入1.00mL质量浓度为0.02g/mL的HAuCl4溶液，继续超声震荡5min；
(11)向步骤(10)处理后的锥形瓶中加入2.00mL重量百分比为1％的柠檬酸钠溶液，在40℃条件下震荡反应30min，在6000r/min条件下离心15min，去除上清液，然后用15mL去离子水洗涤，重复洗涤两遍，在20℃条件下干燥24h后获得固体产物P；
(12)将5.00固体产物P、2.00g十二烷基苯磺酸钠、50mL去离子水加入150mL锥形瓶中，在1000r/min条件下搅拌10min，得到溶液D；
(13)将1.2g物质B放入500mL烧杯中，然后加入5.5mL浓度为4.5mol/L的KNO3水溶液、4.5mL质量百分比浓度为28％的十二烷基酚聚氧乙烯醚水溶液、45mL乙醚、35mL甲醇、5mL溶液D，在100r/min条件下搅拌10min，然后加入2.5mL质量百分比浓度为75％的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌10min，得到溶液E，将溶液E放入80℃恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物B；
(14)将膏状物B涂抹在物质E的另一侧得到物质F，将物质F放于压片机上，在压力为2t条件下保压1min，得到物质G；
(15)将物质G放入300℃马弗炉中煅烧1h，然后放在热压机中，在温度为350℃，压力为10t的条件下保压1min，冷却后即可得到三维多孔膜电极。
2.根据权利要求1所述用于高浓度有机废水处理的非均相电-Fenton装置，其特征在于，该装置中的所述多金属复合阳极由如下方法制备：
(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Zn(NO3)2·6H2O溶于无水乙醇制成浓度为0.5mol/L的溶液C1，另将Zn(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，得到的物质即为多金属复合阳极。
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