CN111547901B - 原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置，所述装置包括溶液外循环单元、深度净化单元、空气泵单元和电控单元。本发明还公开了基于所述装置的污水处理方法。本发明引入电化学气体扩散体系，以相同制备工艺制得电化学阴极和阳极，简化工艺流程，电化学阴极可高效利用氧气，高效原位生成双氧水；同时电化学阳极可提供稳定铁源，电解碱液高效生成高铁酸盐。通过离子交换膜有效控制阴阳极区的溶液pH，抑制副反应，降低体系能耗。单原子铁的少量引入，可提高高铁酸盐的生成速率和产率，提高体系耦合效果，有助于加速降解有机物。以空气为氧气源，成本低廉；电极材料取材方便，可在线清洗，节约成本。

Description

原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置及处理 方法

技术领域

本发明属于污水深度净化领域，涉及新型有机污染物的降解去除工艺，尤其涉及原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置及处理方法。

背景技术

目前，污水处理厂常用化学法、物理法和生物法去除传统污染物，但对于新型有机物废水去除效果有限，特别是具有抗药性的高浓度医疗废水，其不完全去除的废水排入到环境中，带来了潜在危害。高铁酸盐具备有氧化、吸附、絮凝、杀菌等多种作用，正成为新型高效多功能水处理剂，为正四面体晶体结构，干燥环境下稳定，遇水分解，稳定性较差，长期存放后导致产生大量Fe³⁺，使得去除性能大大降低。

目前常用的高铁酸盐制备方法有熔融法、氯酸盐氧化法、电解法，前两种制备方法反应条件苛刻，制备成本高，而电解法存在着分离提纯难点，同时也难以长期保存。原位生成高铁酸盐直接应用于有机废水的治理，可避免上述困难，但受限于效率；而高铁酸钾在反应过程中会产生过渡金属铁离子，可与双氧水形成芬顿体系，加速反应进程，提高水处理效能。同样因单原子铁的高活性，也可提高溶液中高铁酸盐的生成效率。电解碱液原位生成高铁酸盐和双氧水日益受到广泛关注，为新型水处理工艺的研发提供了一种可行方案。

目前已用的高铁酸盐会产生铁泥，造成二次污染，市售高铁酸盐产品质量参差不齐，对污染物去除不完全，成本较高。而单独的双氧水去除有机物效果有限，存储和运输成本高。目前已有的芬顿体系技术以直接投加过渡金属离子为主，也会产生铁泥等二次污染。

发明内容

发明目的：为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置。

本发明还提供了一种基于所述装置的污水处理方法。

技术方案：为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置，所述装置包括溶液外循环单元、深度净化单元、空气泵单元和电控单元；

所述溶液外循环单元包括循环泵和有机废水临时罐体；所述深度净化单元依次包括阳极区和对称设置在阳极区左右两边的第一阴极区和第二阴极区，所述第一阴极区和阳极区通过第一离子交换膜隔开，所述阳极区和第二阴极区通过第二离子交换膜隔开，所述第一阴极区垂直水平面设有第一纳米曝气盘和与其平行设置的第一电化学阴极，所述阳极区设有电化学阳极，所述第二阴极区垂直水平面设有第二电化学阴极和与其平行设置的第二纳米曝气盘，所述第一阴极区底部设有溶液入口，所述第二阴极区顶部设有溶液出口，所述溶液入口与循环泵相连通，所述溶液出口与有机废水临时罐体相连通；

所述空气泵单元包括第一空气泵和第二空气泵，所述第一空气泵和第二空气泵分别将空气通过第一纳米曝气盘和第二纳米曝气盘输送到第一电化学阴极和第二电化学阴极表面；

所述电控单元包括电源、第一负极开关、正极开关和第二负极开关；所述第一负极开关控制第一电化学阴极，所述正极开关控制电化学阳极，所述第二负极开关控制第二电化学阴极。

其中，所述深度净化装置的罐体为长方体结构。

其中，所述阳极区还设有单原子铁粒子电极。

其中，所述第一阴极区、阳极区和第二阴极区顶部分别设有第一处理罐体出入口、处理罐体出入口和第二处理罐体出入口。

其中，空气泵可提供50-200mL/min的气体速率，纳米曝气盘大小与电化学阴极大小一致，正对着电化学阴极表面，两者间距不超过1cm；更进一步，也可以高纯氧气作为氧气源。

其中，电化学阴阳极间电压为5-20V，所述阳极区溶液pH为10-13；所述电化学阳极为碳铁电极，所述阳极区电解质为NaOH或KOH，浓度为10-16mol/L，所述第一电化学阴极和第二电化学阴极为碳材料气体扩散电极，尺寸大小与电化学阳极相同，厚度5-10mm，所述阳极区与第一阴极区或第二阴极区的体积比为(1∶4)～(1∶8)。

更进一步，也可以电化学阴极和阳极间距可根据处理溶液体积进行适当调整。

更进一步，电化学阳极可为铁丝网电极等其他可提供铁源的电极；电化学阴极可为其他高效催化生成双氧水的电极材料，如碳布、碳刷等。

更进一步，所述电化学电极可通过阴阳极对调进行在线清洗，电解质为硫酸钠或氯化钠溶液，浓度0.05-0.25mol/L，清洗时长为10-30min，电压为1-5V。更进一步，电解质最佳浓度为0.15mol/L，清洗时长为20min，电压为3V。

其中，所述单原子铁粒子电极均匀分散在阳极区，其密度为10-50mg/L，处理溶液前，需要将电化学阳极和单原子铁电极用电解质充分浸泡后待用，溶液温度为30-60℃，表观阳极电流密度为10-50mA/cm²，处理时间为1-4h。

其中，所述离子交换膜为均相膜，耐强碱，可拆卸，当有机废水主要有机物以阳离子成分存在时选择阳离子交换膜；以阴离子存在时，选择阴离子交换膜；以中性成分存在时，选择两性离子交换膜。

其中，所述碳铁电极或电化学阴极具体制作步骤是：

a)将促导剂、造孔剂和电极基材按照一定质量比混合均匀后，置于无水乙醇或聚乙二醇中超声混匀，得到混合溶液，所述电极基材为碳铁基材或碳材料；

b)将步骤a)制备得到的混合溶液加入粘结剂后在恒温水浴下搅拌至橡皮状的混合物；

c)将经过步骤b)得到的橡皮状的混合物包裹在泡沫镍上，添加乙醇后在压力10-20Mpa下压制成型，随后悬空置于石英坩埚上，以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率5-8℃/min升温至400-600℃并恒温1-2h，冷却后用90-100℃超纯水洗涤，自然风干后即得到碳铁电极或电化学阴极；

所述促导剂、造孔剂、粘结剂和电极基材的质量比是(10～20)∶(5～35)∶(100～200)∶100；更进一步，其最佳质量比为15∶20∶150∶100。

其中，所述促导剂为乙炔黑或炭黑；所述造孔剂为碳酸钠或/和碳酸氢钠；所述粘结剂为60wt％聚四氟乙烯乳液。

其中，所述单原子铁粒子电极具体制作步骤是：

S1)将九水硝酸铁，有机配体，按照一定摩尔质量比混合均匀后，置于超纯水中超声混匀，得到混合溶液，

S2)将步骤S1)制备得到的混合溶液转移到高压反应釜中反应，反应结束后将高压反应釜中的固液混合物取出，分别用超纯水和乙醇依次清洗、离心处理、干燥后待用；

S3)将经过步骤S2)得到的固体和三聚氰胺按照一定的质量比在球磨机中充分研磨后，放入石英坩埚中铺匀后置于以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率6-10℃/min升温至900-1200℃并恒温1-2h，冷却用超纯水洗涤，最后置于60-70℃真空干燥箱24h及以上。

更进一步，单原子铁粒子电极可为其他提供铁源的单原子材料。

其中，所述九水硝酸铁和有机配体的摩尔质量比是(1∶1)～(1∶3)，所述三聚氰胺与所得固体质量比为(3∶1)～(7∶1)，更进一步，九水硝酸铁和有机配体的摩尔质量比为1∶2，三聚氰胺与所得固体最佳质量比为5∶1。

其中，所述有机配体为均苯三甲酸和对苯二甲酸中的任一种。

本发明内容还包括一种基于所述装置的污水处理方法，所述方法包括以下步骤：

1)有机废水经过有机废水临时罐体初步沉淀去杂后，通过循环泵将有机废水输送到深度净化单元的底部溶液入口待溶液循环浸没了电化学电极后，打开第一空气泵和第二空气泵将空气通过第一纳米曝气盘和第二纳米曝气盘输送到第一电化学阴极和第二电化学阴极表面；

2)投加一定质量的单原子粒子电极至阳极区，并添加碱性电解质；待气流稳定和单原子粒子电极分散均匀后，分别打开第一负极开关、正极开关和第二负极开关，并维持电源在稳定电压范围内；高铁酸盐可由电化学阳极和/或单原子铁粒子电极在电化学作用下电解碱液生成后，与第一或第二电化学阴极在电化学作用下催化氧气生成的双氧水耦合去除有机废水，再经溶液出口循环至有机废水临时罐体。

更进一步，可直接外源双氧水和高铁酸钾，在电化学作用下耦合去除有机污染物废水。

有益效果：本发明的一种原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置及处理方法，以空气作为氧气源，阴阳极材料取材简单，制备方式简单；借助电催化，最大化利用体系原位生成的高铁酸盐和双氧水，通过溶液循环可实现高浓度新型有机污染物的异地高效去除，净化效果优异。

反应机理：反应方程式1-5为高铁酸盐去除机制，分别为高铁酸盐的絮凝吸附(氢氧化铁)作用、产生的羟基自由基、以及高铁酸盐的直接氧化去除(3-5)式；反应式6-8为双氧水产生及与高铁酸盐产生的过渡金属离子的耦合产生的芬顿反应生成羟基自由基。同时单原子铁电极的加入，可加上金属离子相互之间的转化，可加速反应进程，同时降解污染物。

[O]+H₂O→2HO· (2)

Ferrate(VI)+污染物→Fe³⁺+小分子产物 (3)

Ferrate(VI)+污染物→Fe⁴⁺+小分子产物 (4)

Fe⁴⁺+污染物→Fe²⁺+小分子产物 (5)

O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂ (6)

H₂O₂+Fe³⁺→Fe²⁺+HO₂·+H⁺ (7)

H₂O₂+Fe²⁺→Fe³⁺+HO·+OH^- (8)

有益效果：与现有技术相比，本发明具备以下优点：

1)装置可拆卸转移，无需单独修建污水储液池子，原位高铁酸盐和双氧水耦合体系可实现污水的异地高效去除。

2)引入电化学气体扩散体系，以相同制备工艺制得电化学阴极和阳极，简化工艺流程，电化学阴极可高效利用氧气，高效原位生成双氧水；同时电化学阳极可提供稳定铁源，电解碱液高效生成高铁酸盐。

3)通过离子交换膜有效控制阴阳极区的溶液pH，抑制副反应，降低体系能耗。

4)单原子铁的少量引入，可提高高铁酸盐的生成速率和产率，提高体系耦合效果，有助于加速降解有机物。

5)以空气为氧气源，成本低廉；电极材料取材方便，可在线清洗，节约成本。

附图说明

图1为本发明某种实施方式的示意图；

1-电源；2-第一负极开关；3-正极开关；4-第二负极开关；5-第一处理罐体出入口；6-处理罐体出入口；7-第二处理罐体出入口；8-溶液出口；9-第一空气泵；10-第一纳米曝气盘；11-电化学阴极；12-第一离子交换膜；13-单原子铁粒子电极；14-电化学阳极；15-第二离子交换膜；16-第二电化学阴极；17-第二纳米曝气盘；18-空气泵；19-溶液入口；20-循环泵；21-有机废水临时罐体。

具体实施方式

实施例1

一种原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置，装置包括溶液外循环单元、深度净化单元、空气泵单元和电控单元；溶液外循环单元包括循环泵20和有机废水临时罐体21；深度净化单元依次包括阳极区和对称设置在阳极区左右两边的第一阴极区和第二阴极区，第一阴极区和阳极区通过第一离子交换膜12隔开，阳极区和第二阴极区通过第二离子交换膜15隔开，第一阴极区垂直水平面设有第一纳米曝气盘10和与其平行设置的第一电化学阴极11，阳极区设有电化学阳极14，第二阴极区垂直水平面设有第二电化学阴极16和与其平行设置的第二纳米曝气盘17，第一阴极区底部设有溶液入口19，第二阴极区顶部设有溶液出口8，溶液入口19与循环泵20相连通，溶液出口8与有机废水临时罐体21相连通；空气泵单元包括第一空气泵9和第二空气泵18，第一空气泵9和第二空气泵18分别将空气通过第一纳米曝气盘10和第二纳米曝气盘17输送到第一电化学阴极11和第二电化学阴极16表面；电控单元包括电源1、第一负极开关2、正极开关3和第二负极开关4；第一负极开关2控制第一电化学阴极11，正极开关3控制电化学阳极14，所述第二负极开关4控制第二电化学阴极16。深度净化装置的罐体为长方体结构。阳极区还设有单原子铁粒子电极13。第一阴极区、阳极区和第二阴极区顶部分别设有第一处理罐体出入口5、处理罐体出入口6和第二处理罐体出入口7。电化学阴阳极间电压为5-20V，所述阳极区溶液pH为11；所述电化学阳极为碳铁电极，所述阳极区电解质为NaOH，浓度为10-16mol/L，所述第一电化学阴极11和第二电化学阴极16为碳材料气体扩散电极，尺寸大小与电化学阳极14相同，厚度5mm，阳极区与第一阴极区或第二阴极区的体积比为1∶4。

单原子铁粒子电极13均匀分散在阳极区，其密度为10mg/L，处理溶液前，需要将电化学阳极14和单原子铁电极13用电解质充分浸泡后待用，溶液温度为50℃，表观阳极电流密度为30mA/cm²，处理时间为4h。

本发明的离子交换膜为阴离子交换膜型号为HMTECH-E17270，购买于宁波华膜环保科技有限公司，其相关技术参数如下：

其中，电化学阳极(碳铁电极)的制备如下：

1)将乙炔黑、碳酸氢钠和碳铁基材按照最佳质量比15∶20∶100混合均匀后，置于无水乙醇中超声混匀，得到混合溶液；

2)将步骤1)制备得到的混合溶液加入60wt％聚四氟乙烯乳液后在恒温水浴下搅拌至橡皮状的混合物；乙炔黑、碳酸氢钠、60wt％聚四氟乙烯乳液和碳铁基材按照最佳质量比15∶20∶150∶100；

3)将经过步骤2)得到的橡皮状的混合物包裹在泡沫镍上，添加乙醇后在压力15Mpa下压制成型，随后悬空置于石英坩埚上，以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率8℃/min升温至600℃并恒温2h，冷却后用100℃超纯水洗涤，自然风干后即得到电化学阴极和电化学阳极。

电化学阴极制备步骤如下：

1)将乙炔黑、碳酸氢钠和碳材料按照最佳质量比15∶20∶100混合均匀后，置于聚乙二醇中超声混匀，得到混合溶液；

2)将步骤1)制备得到的混合溶液加入60wt％聚四氟乙烯乳液后在恒温水浴下搅拌至橡皮状的混合物；乙炔黑、碳酸氢钠、60wt％聚四氟乙烯乳液和碳材料的质量比为：15∶20∶150∶100；

3)将经过步骤2)得到的橡皮状的混合物包裹在泡沫镍上，添加乙醇后在压力15Mpa下压制成型，随后悬空置于石英坩埚上，以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率8℃/min升温至600℃并恒温2h，冷却后用100℃超纯水洗涤，自然风干后即得到电化学阴极。

单原子铁粒子电极制备步骤如下：

1)将0.2mol九水硝酸铁，0.4mol均苯三甲酸混合均匀后，置于超纯水中超声混匀，得到混合溶液；

2)将步骤1)制备得到的混合溶液转移到高压反应釜中反应，反应结束后将高压反应釜中的固液混合物取出，分别用超纯水和乙醇依次清洗、离心处理、干燥后待用；

3)将经过步骤2)得到的固体和三聚氰胺按照一定的质量比在球磨机中充分研磨后，放入石英坩埚中铺匀后置于以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率8℃/min升温至1000℃并恒温1h，冷却用超纯水洗涤，最后置于65℃真空干燥箱24h。

实施例2

与实施例1基本一样，所不同的在于，尺寸大小与电化学阳极14相同，厚度7.5mm，阳极区与第一阴极区或第二阴极区的体积比为1∶6，单原子铁粒子电极13均匀分散在阳极区，其密度为30mg/L。

电化学阳极(碳铁电极)的制备如下：

1)将乙炔黑、碳酸氢钠和碳铁基材按照最佳质量比10∶5∶100混合均匀后，置于无水乙醇中超声混匀，得到混合溶液；乙炔黑、碳酸氢钠、60wt％聚四氟乙烯乳液和碳铁基材的质量比为：10∶5∶100∶100；

2)将步骤1)制备得到的混合溶液加入60wt％聚四氟乙烯乳液后在恒温水浴下搅拌至橡皮状的混合物；

3)将经过步骤2)得到的橡皮状的混合物包裹在泡沫镍上，添加乙醇后在压力10Mpa下压制成型，随后悬空置于石英坩埚上，以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率5℃/min升温至400℃并恒温2h，冷却后用90℃超纯水洗涤，自然风干后即得到电化学阴极和电化学阳极。

电化学阴极制备步骤如下：

1)将乙炔黑、碳酸氢钠和碳材料按照最佳质量比20∶35∶100混合均匀后，置于聚乙二醇中超声混匀，得到混合溶液；

2)将步骤1)制备得到的混合溶液加入60wt％聚四氟乙烯乳液后在恒温水浴下搅拌至橡皮状的混合物；乙炔黑、碳酸氢钠、60wt％聚四氟乙烯乳液和碳材料的质量比为：10∶5∶100∶100；

3)将经过步骤2)得到的橡皮状的混合物包裹在泡沫镍上，添加乙醇后在压力20Mpa下压制成型，随后悬空置于石英坩埚上，以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率8℃/min升温至400℃并恒温2h，冷却后用100℃超纯水洗涤，自然风干后即得到电化学阴极。

实施例3

与实施例1基本一样，所不同的在于，尺寸大小与电化学阳极14相同，厚度10mm，阳极区与第一阴极区或第二阴极区的体积比为1∶8，单原子铁粒子电极13均匀分散在阳极区，其密度为50mg/L。

应用实施例

采用实施例1的污水装置、以及实施例1没有设置单原子铁粒子电极13时的污水处理装置和实施例1没有设置离子交换膜的污水处理装置进行有机废水的处理，循环泵流速为300rpm，新型有机污染物的浓度为1000mg/L的如表1～表3中的高浓度有机废水，处理时间均为4h，溶液体积为5L，溶液温度为50℃，表观阳极电流密度为30mA/cm²，溶液pH为11；纳米曝气盘大小与电化学阴极大小一致，正对着电化学阴极表面，两者间距为0.5cm。

实施例1的污水装置中污水处理的过程为：1)经过有机废水临时罐体21初步沉淀去杂后，通过循环泵20将有机废水输送到深度净化单元的底部溶液入口19待溶液循环浸没了电化学电极后，打开第一空气泵9和第二空气泵18，以100mL/min气体速率将空气通过第一纳米曝气盘10和第二纳米曝气盘17输送到第一电化学阴极11和第二电化学阴极16表面；与此同时投加20mg/L的单原子粒子电极13至阳极区，并添加15mol/L KOH电解质；待气流稳定和单原子粒子电极分散均匀后，打开电化学阴极，并维持电源1电压在15V；

2)高铁酸盐可由碳铁电化学阳极14和单原子铁粒子电极13在电化学作用下电解碱液生成；碳材料电化学阴极在电化学作用下催化氧气生成的双氧水，并与高铁酸盐耦合去除有机废水，再经溶液出口8循环至有机废水临时罐体21。

实施例1的污水处理装置进行污水处理过程中，10min的时候，双氧水浓度可达到50mg/L，高铁酸钾浓度可为300mg/L；

没有设置单原子铁粒子电极13时的污水处理装置进行污水处理过程中，10min的时候，双氧水浓度可达到20mg/L，高铁酸钾浓度可为150mg/L；

没有设置离子交换膜的污水处理装置进行污水处理过程中，10min的时候，双氧水浓度可达到10mg/L，高铁酸钾浓度可为100mg/L；

最后利用液相色谱测定反应过程中三种污水处理装置的有机物的浓度，初始点浓度为Co，在4h时间点取样，测得浓度即为C，去除率汇总在表1～表3。

表1 本发明的深度净化装置对于8种物质的去除率

表2 没有设置单原子铁粒子电极时的深度净化装置对于8种物质的去除率

表3 没有设置离子交换膜的深度净化装置对于8种物质的去除率

Claims (2)

1.一种原位生成双氧水和高铁酸盐耦合水处理深度净化装置，其特征在于，所述装置包括溶液外循环单元、深度净化单元、空气泵单元和电控单元；

所述溶液外循环单元包括循环泵（20）和有机废水临时罐体（21）；

所述深度净化单元依次包括阳极区和对称设置在阳极区左右两边的第一阴极区和第二阴极区，所述第一阴极区和阳极区通过第一离子交换膜（12）隔开，所述阳极区和第二阴极区通过第二离子交换膜（15）隔开，所述第一阴极区垂直水平面设有第一纳米曝气盘（10）和与其平行设置的第一电化学阴极（11），所述阳极区设有电化学阳极（14），所述第二阴极区垂直水平面设有第二电化学阴极（16）和与其平行设置的第二纳米曝气盘（17），所述第一阴极区底部设有溶液入口（19），所述第二阴极区顶部设有溶液出口（8），所述溶液入口（19）与循环泵（20）相连通，所述溶液出口（8）与有机废水临时罐体（21）相连通；

所述空气泵单元包括第一空气泵（9）和第二空气泵（18），所述第一空气泵（9）和第二空气泵（18）分别将空气通过第一纳米曝气盘（10）和第二纳米曝气盘（17）输送到第一电化学阴极（11）和第二电化学阴极（16）表面；

所述电控单元包括电源（1）、第一负极开关（2）、正极开关（3）和第二负极开关（4）；所述第一负极开关（2）控制第一电化学阴极（11），所述正极开关（3）控制电化学阳极（14），所述第二负极开关（4）控制第二电化学阴极（16）；

所述深度净化装置的罐体为长方体结构，所述阳极区还设有单原子铁粒子电极（13），所述第一阴极区、阳极区和第二阴极区顶部分别设有第一处理罐体出入口（5）、处理罐体出入口（6）和第二处理罐体出入口（7），电化学阴阳极间电压为5-20 V，所述阳极区溶液pH为10-13；所述电化学阳极为碳铁电极，所述阳极区电解质为NaOH或KOH，浓度为10-16mol/L，所述第一电化学阴极（11）和第二电化学阴极（16）为碳材料气体扩散电极，尺寸大小与电化学阳极（14）相同，厚度5-10 mm，所述阳极区与第一阴极区或第二阴极区的体积比为（1：4）~（1：8），所述单原子铁粒子电极（13）均匀分散在阳极区，其密度为10-50 mg/L，处理溶液前，需要将电化学阳极（14）和单原子铁电极13）用电解质充分浸泡后待用，溶液温度为30-60°C，表观阳极电流密度为 10-50 mA/cm²，处理时间为1-4 h；

所述碳铁电极或电化学阴极具体制作步骤是：

a）将促导剂、造孔剂和电极基材按照一定质量比混合均匀后，置于无水乙醇或聚乙二醇中超声混匀，得到混合溶液，所述电极基材为碳铁基材或碳材料；

b）将步骤a）制备得到的混合溶液加入粘结剂后在恒温水浴下搅拌至橡皮状的混合物；

c）将经过步骤b）得到的橡皮状的混合物包裹在泡沫镍上，添加乙醇后在压力10-20Mpa下压制成型，随后悬空置于石英坩埚上，以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率5-8°C/min升温至400-600°C并恒温1-2 h，冷却后用90-100°C超纯水洗涤，自然风干后即得到碳铁电极或电化学阴极；

所述促导剂、造孔剂、粘结剂和电极基材的质量比是（10~20）：（5~35）：（100~200）：100；所述促导剂为乙炔黑或炭黑；所述造孔剂为碳酸钠或/和碳酸氢钠；所述粘结剂为60 wt%聚四氟乙烯乳液；

所述单原子铁粒子电极具体制作步骤是：

S1）将九水硝酸铁，有机配体，按照一定摩尔质量比混合均匀后，置于超纯水中超声混匀，得到混合溶液，

S2）将步骤S1）制备得到的混合溶液转移到高压反应釜中反应，反应结束后将高压反应釜中的固液混合物取出，分别用超纯水和乙醇依次清洗、离心处理、干燥后待用；

S3）将经过步骤S2）得到的固体和三聚氰胺按照一定的质量比在球磨机中充分研磨后，放入石英坩埚中铺匀后置于以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率6-10°C/min升温至900-1200°C并恒温1-2 h，冷却用超纯水洗涤，最后置于60-70°C真空干燥箱24 h及以上；

所述九水硝酸铁和有机配体的摩尔质量比是（1：1）~（1：3），所述三聚氰胺与所得固体质量比为（3：1）~（7：1），所述有机配体为均苯三甲酸和对苯二甲酸中的任一种。

2.一种基于权利要求1所述装置的污水处理方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）有机废水经过有机废水临时罐体（21）初步沉淀去杂后，通过循环泵（20）将有机废水输送到深度净化单元的底部溶液入口（19）待溶液循环浸没了电化学电极后，打开第一空气泵（9）和第二空气泵（18）将空气通过第一纳米曝气盘（10）和第二纳米曝气盘（17）输送到第一电化学阴极（11）和第二电化学阴极（16）表面；

2）投加一定质量的单原子粒子电极（13）至阳极区，并添加碱性电解质；待气流稳定和单原子粒子电极（13）分散均匀后，分别打开第一负极开关（2）、正极开关（3）和第二负极开关（4），并维持电源（1）在稳定电压范围内；高铁酸盐可由电化学阳极（14）和/或单原子铁粒子电极（13）在电化学作用下电解碱液生成后，与第一或第二电化学阴极在电化学作用下催化氧气生成的双氧水耦合去除有机废水，再经溶液出口（8）循环至有机废水临时罐体（21）。

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