CN106277215B - 一种电芬顿产自由基控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电芬顿产自由基控制方法，属于电芬顿领域，通过构建铁质牺牲阳极与空气阴极耦合的电芬顿体系，控制铂丝电极和空气阴极两端的电流大小、铁网电极和空气阴极两端的电流大小、铂丝电极所在电路和铁网电极所在电路的运行时间之比，使得在该电芬顿体系中羟基自由基的产生速率最快、能耗最低。

Description

一种电芬顿产自由基控制方法
技术领域
本发明属于电芬顿领域，是在现有电芬顿技术的研究基础上，确定一种羟基自由基生成速率最快、能耗最低的高效电芬顿体系控制方法。
背景技术
电芬顿法是一种电化学高级氧化法，通过电化学法以生成二价铁和双氧水，从而形成持续的芬顿反应，最终生成具有强氧化性、无选择性的羟基自由基(·OH)，可将有机物分子结构破坏，直至完全矿化生成二氧化碳和水，在工业废水处理中有机物的去除有广阔的应用前景。电芬顿技术相对于传统的芬顿技术具有如下优点：(1)双氧水由氧气在阴极上得电子而还原生成，不用外部投加，降低了双氧水的运输和保存成本；(2)芬顿反应后生成的三价铁离子可扩散到阴极，在阴极作用下可得电子再生为二价铁离子，从而在电芬顿反应中循环使用，降低了传统芬顿反应中铁的需求量，使最终污泥量大大减少；(3)电芬顿的副反应如电混凝和电絮凝作用，也会加速废水中有机物污染物的降解和去除。
电芬顿在阴阳极上进行的是等当量电化学反应，相同的时间内理论上将生成相同摩尔数的二价铁离子和双氧水，电极反应如下：
阳极反应
Fe-2e-＝Fe2+ (1)
2H2O-4e-＝O2+4H+ (2)
阴极反应
O2+2H++2e-＝H2O2 (3)
2H2O+2e-＝H2+2OH- (4)
反应中生成的三价铁离子与溶液中的氢氧根离子结合生成氢氧化铁沉淀，最终以沉渣的形式被去除。
发明内容
本发明的目的是通过构建铁质牺牲阳极与空气阴极耦合的电芬顿体系，提供一种电芬顿产自由基控制方法。
本发明主要解决的技术问题是实现一种羟基自由基产生速率最快、能耗最低的电芬顿体系控制方法，达到电芬顿体系能高效处理有机物废水的目的。
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：
(1)铂电极与炭黑空气阴极形成电回路1，铁网电极与炭黑空气阴极形成电回路2；电回路1和电回路2分别串联一个延时继电器，设置电回路1的开关频率和电回路2的开关频率比值(1-30秒∶0.3-50秒)；
(2)控制电回路1和电回路2中的电流，分别为5-20毫安/平方厘米和0.5-10毫安/平方厘米中的最优值；
(3)实现双氧水产能，自由基单位产量能耗79.1J。
本发明所提供的一种电芬顿产自由基控制方法的优点在于：控制方法操作简单，能高效生成自由基且能耗较低。
附图说明
附图1是不同电流密度下过氧化氢的产量图。
附图2是不同电流密度下铁网电极铁离子释放浓度图。
附图3是运行时间之比为5∶1.5的各频率自由基产量图，自由基产量和吸光度成正比，吸光度值越大，自由基产量越高。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。
一种电芬顿产自由基控制方法，包括以下步骤：
(1)以80目铁网和铂丝作为双阳极，三层滚压式炭黑阴极作为阴极，接触面积为7cm2，同时使用恒流泵和胶管在反应器里形成一个水内循环系统，胶管体积6ml；
(2)配制浓度为0.1mol/L的硫酸钠和10mmol/L的水杨酸混合溶液作为反应基质，调节基质pH值为3～3.5之间，取36mL混合溶液置于反应器中，开启恒流泵，使反应器形成内循环，恒流泵流速为37mL/min；
(3)铂电极与炭黑空气阴极形成电回路1，铁网电极与炭黑空气阴极形成电回路2；电回路1和电回路2分别串联一个延时继电器，设置电回路1的开关频率和电回路2的开关频率比值(1-30秒∶0.3-50秒)；
(4)控制电回路1和电回路2中的电流，分别为5-20毫安/平方厘米和0.5-10毫安/平方厘米中的最优值。
根据实验结果验证，通过构建铁质牺牲阳极与空气阴极耦合的电芬顿体系，在最佳控制参数条件下，电芬顿反应器中运行10min，实现双氧水浓度1.9mmol/L，能耗55.9J，最终自由基单位产量能耗79.1J，能耗降低最大达到30％。

Claims (1)

1.一种电芬顿产自由基控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
铂电极与炭黑空气阴极形成电回路1，铁网电极与炭黑空气阴极形成电回路2；电回路1和电回路2分别串联一个延时继电器，设置电回路1的开关频率和电回路2的开关频率比值(1-30秒：0.3-50秒)；控制电回路1和电回路2中的电流，分别为5-20毫安/平方厘米和0.5-10毫安/平方厘米中的最优值；在最优条件下，自由基单位产量能耗 79.1J。
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双阳极光电催化氧化降解2,4-二氯苯酚的研究;赵宝秀等;《材料科学与工艺》;20090630;第17卷(第3期);全文

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