CN112723497A - 一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极及其使用方法。该电极包括供铁生物碳基纳米铁耦合阳极与自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极，组合三维电极的结构优势，充分发挥生物碳基纳米铁与正负电流的结合优势，高效将电能转化为化学能用以污染物断键降解。本发明是基于阳极直接氧化、间接氧化与阴极自由基氧化原理，特点如下：生物碳基纳米铁能将电解液中有机污染物吸附集中在阴阳两极表面形成限域降解从而成倍提高电化学降解效率；通过阴阳两极分别原位生成的过氧化氢与二价铁持续生成氧化性自由基高效氧化污染物而达到自清洁效果；通过增强阳极氧化克服碱性条件零效率障碍，高效处理高浓度有机废水。
Description
技术领域
本发明涉及一种高浓度有机废液的高效处理电极，具体涉及一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极及其使用方法。
背景技术
生物碳基环境友好材料的制备是目前最有前景且应用最广泛的废物回收利用技术。生物碳基材料是通过固体废弃物无氧热解后进一步改性得到的环境友好型材料，虽然其优越的吸附性能已经得到多方面验证，但其氧化还原特性与电化学性能却容易被科学领域所忽视。优越的电导性使得生物碳基材料足以充当电化学反应器的电极，另外，生物碳基材料表面密布有多种催化活性官能团，在增强化学吸附的同时可以利用其氧化还原特性进行多相催化，反向推动电化学反应的进程，最终高效地降解有机污染物。
生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极集合了生物碳基材料与纳米零价铁材料的优势。零价纳米铁具有较强的还原性，另外其特有的表面效应和小尺寸效应(纳米级)，从而同时具有优越的吸附性。金属铁的导电性也为生物碳基纳米铁的电极应用增光添彩。更重要的是零价纳米铁具有出色的脱氯性能，由于化合物支链上的氯原子是该化合物生物毒性的重要来源，所以这一性能对有机氯化物脱毒具有重大意义。
生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极在电化学反应器降解高浓度有机废水的过程中意义重大。首先，生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极的强吸附性使得废水中的持久性有机污染物形成电极趋向运动，并将其稳定吸附在阴阳两极表面形成限域降解，可以成倍提高对阳极氧化与阴极自由基氧化效果的利用效率；其次，在阴极电子输入作用下，生物碳基纳米铁阴极表面上付着的气泵输入的氧气发生二电子反应被高效还原为过氧化氢，加上阳极上生物碳基纳米铁失去电子生成的二价铁离子，两者形成催化反应，在溶液中尤其是阴极周边形成大量氧化性自由基，由于氧化性自由基的寿命极短，恰好利用生物碳基纳米铁的吸附性将持久性有机污染物吸附在阴极表面，成倍提高了阴极自由基氧化的效率；再次，生物碳基纳米铁阳极同样将持久性有机污染物集中于表面，利用阳极强氧化性使其失去电子，直接断键降解，另外阳极间接氧化作用可以将水氧化为过氧化氢，利用二价铁离子过氧化氢活化为氧化性自由基，同样地，强力的吸附作用形成的限域降解可以成倍地增加降解效果；更重要的是，因为阳极氧化作用不受有机废水pH的限制，生物碳基纳米铁增强的阳极氧化作用可以克服传统反应系统碱性条件下零降解效率的问题，从而大大扩展了电化学自由基氧化的pH适用范围，解决了工程上的重大难题。
目前大部分的三维电极电化学处理高浓度有机废水是利用昂贵的改性电极，基于自由基氧化原理，利用强氧化性羟基自由基对目标有机污染物氧化降解而设计的装置。例如：中国专利(专利号为：CN106966465A)三维电极构筑电化学处理高浓度有机废水，是利用羟基自由基氧化技术去除污水中的有机污染物，达到污水处理与净化的目的，但事实并不能如所述克服电该系统在碱性条件下极低的处理效率，且该电极改性较为昂贵，达到污水处理市场普及并不容易。另外，中国专利(专利号为：CN 103553188 A)，是一种基于电催化粒子电极材料处理高浓度有机废水的方法，虽然可以通过阳极氧化等作用对有机废水中部分有机污染物达到去除效果，但因为根本上忽略了阴极产生氧化性自由基在系统中的作用，使得缺少了阴极在电化学体系中的所能扮演的重要角色，降解效率折半；且电极改性过程极为复杂，难以做到广泛使用。尽管大部分电化学处理高浓度有机废水的电极都通过各种方式提升其有机污染物处理效率，但都没有做到简单实用。
开发一种结构简单、能广泛性使用、成本低廉、便于拆卸组装、维护难度低、能源清洁的电化学处理高浓度有机废水的电极，是迫切需要解决的首要问题。本发明是基于阳极直接氧化、间接氧化与阴极自由基氧化原理，特点如下：生物碳基纳米铁能将电解液中有机污染物吸附集中在阴阳两极表面形成限域降解从而成倍提高电化学降解效率；阴阳两极分别原位生成的过氧化氢与二价铁持续生成氧化性自由基高效氧化污染物；通过增强阳极氧化克服碱性条件零效率障碍，高效处理高浓度有机废水；纳米铁高效脱氯有效降低污染物毒性；实现零添加高效处理高浓度有机废液。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高浓度有机废液的高效处理电极，其次要目的在于提供一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极及其使用方法。
本发明是基于羟基自由基氧化原理设计，特点如下：1、生物碳基纳米铁能将电解液中有机污染物吸附集中在阴阳两极表面形成限域降解从而成倍提高电化学降解效率；2、通过阴阳两极原位生成的过氧化氢与二价铁持续反应生成氧化性自由基高效氧化污染物而达到自清洁效果；3、通过增强阳极氧化克服碱性条件零效率障碍，高效处理高浓度有机废水；4、纳米铁高效脱氯有效降低污染物毒性；实现零添加高效处理高浓度有机废液。
本发明的技术方案如下。
一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极，包括供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分与自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分；
所述供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分由内向外依次包括钌钛合金内芯、阳极生物碳基纳米铁耦合填料、阳极碳纤维石墨毡限域层与阳极耐腐蚀有机玻璃骨架层；其中钌钛合金内芯中钌钛质量比为0.08～0.14：1；
所述自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分的最外层为阴极耐腐蚀有机玻璃骨架层，在阴极耐腐蚀有机玻璃骨架层内部自下向上依次包括镍基均匀电流网、疏水碳纤维隔水层、阴极生物碳基纳米铁耦合填料覆盖层、阴极碳纤维石墨毡限域层，本发明中的阳极碳纤维石墨毡限域层与阴极碳纤维石墨毡限域层电极是对电极做框定防止相关吸附剂进入反应溶液，以提升反应效率，本发明中电极有强吸附作用，将水中的污染物都吸附后能在电极表面上发生反应。此外限域层的存在，还避免了传统电极中大量使用黏附剂的缺陷。
进一步地，配套电极辅助电化学反应器包括：导线、电源、化学反应中央罐体部分、气泵、下层气室部分、上层排气加料罐体部分、有机废液进水口、处理后废液排出口、气室漏液排出口、气泵充气口与辅助排气加料口；所述配套电极辅助电化学反应器罐体内部设置有供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分与自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分，从上到下分别将配套电极辅助电化学反应器罐体分隔为上层排气加料罐体部分、化学反应中央罐体部分和下层气室部分；所述配套电极辅助电化学反应器罐体的上层为排气加料罐体部分，且所述辅助排气加料口设置于上层排气加料罐体部分内部且与铁生物碳纳米铁耦合阳极部分连接；所述铁生物碳纳米铁耦合阳极部分通过导线与电源的正极连接，所述自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分通过导线与电源的负极连接；所述上层排气加料罐体部分上下分别为喇叭状结构；所述化学反应中央罐体部分侧侧壁面开设有有机废液进水口和处理后废液排出口，所述下层气室部分侧面开设有气室漏液排出口和气泵充气口，所述气泵充气口与气泵连接。
进一步地，阴极碳纤维石墨毡限域层与阳极碳纤维石墨毡限域层的制作方法为：石墨毡依次在丙酮和去离子水中进行超声脱脂处理30分钟，干燥后在超声环境下浸渍在聚四氟乙烯(2.0～2.5g)、乙炔黑(0.4～0.5g)、纯净水(20～30mL)与醇(3～4％)的混合悬浊液中40～50min，干燥后置于360℃的环境下活化1～1.5小时，即得。
进一步地，所述电源采用直流电源。
进一步地，接入阳极钌钛合金内芯与阴极镍基均匀电流网的导线采用柔性高碳导电石墨线或钌钛合金导线。
进一步地，配套电极辅助电化学反应器中化学反应中央罐体部分、下层气室部分、上层排气加料罐体部分、有机废液进水口、处理后废液排出口、气室漏液排出口、气泵充气口与辅助排气加料口均由耐腐蚀有机玻璃制成。
进一步地，气泵输入气流速度为5～10L/min。
进一步地，所述阳极耐腐蚀有机玻璃骨架层与阴极耐腐蚀有机玻璃骨架层的表面上均开设有孔，所述孔的孔径为5～8mm。
一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极的使用方法，包括如下方法：
(1)装置组装：将各部分先分别组装，安装由下而上的原则进行组装；
(2)加样：先开启气泵使下层气室部分气压升高，废液由有机废液进水口进入配套电极辅助电化学反应器中化学反应中央罐体部分，水位达到化学反应中央罐体部分顶部时关闭有机废液进水口；
(3)高浓度有机废水处理：开启电源，生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极将开始运行，调节气泵空气流速为5～10L/min，开始加样程序，待水质达标后，处理后废液排出口阀门开启，处理液排入自然水体或回用；待处理液排放完成，关闭废液排出口阀门，重新开启有机废液进水口开始下一轮废水处理工序。
上述方法中，步骤(2)中，还需要加入反应助催化剂，所述反应助催化剂包括对苯二酚、羟胺、半胱氨酸或抗坏血酸，按照与废水质量比为1：4000～5000的比例通过辅助排气加料口加入体系。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1)生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极的强吸附性使得废水中的持久性有机污染物形成电极趋向运动，并将其稳定吸附在阴阳两极表面形成限域降解，可以成倍提高对阳极氧化与阴极自由基氧化效果的利用效率。
2)在阴极电子输入作用下，生物碳基纳米铁阴极表面上付着的气泵输入的氧气发生二电子反应被高效还原为过氧化氢，加上阳极上生物碳基纳米铁失去电子生成的二价铁离子，两者形成催化反应，在溶液中尤其是阴极周边形成大量氧化性自由基，由于氧化性自由基的寿命极短，恰好利用生物碳基纳米铁的吸附性将持久性有机污染物吸附在阴极表面，成倍提高了阴极自由基氧化的效率。
3)生物碳基纳米铁阳极同样将持久性有机污染物集中于表面，利用阳极强氧化性使其失去电子，直接断键降解，另外阳极间接氧化作用可以将水氧化为过氧化氢，利用二价铁离子过氧化氢活化为氧化性自由基，同样地，强力的吸附作用形成的限域降解可以成倍地增加降解效果。
4)因为阳极氧化作用不受有机废水pH的限制，生物碳基纳米铁增强的阳极氧化作用可以克服传统反应系统碱性条件下零降解效率的问题，从而大大扩展了电化学自由基氧化的pH适用范围，解决了工程上的重大难题。
附图说明
图1为本发明的供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分结构示意图；
图2为本发明的自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分结构示意图；
图3为本发明的配套电极辅助电化学反应器部分主视图；
图4为本发明的配套电极辅助电化学反应器上层排气加料罐体部分主视图；
图5为本发明的配套电极辅助电化学反应器化学反应中央罐体部分主视图；
图6为本发明的配套电极辅助电化学反应器下层气室部分主视图；
图7为本发明的配套电极辅助电化学反应器阳极耐腐蚀有机玻璃骨架层俯视图；
图8为本发明的配套电极辅助电化学反应器阴极耐腐蚀有机玻璃骨架层俯视图；
图9为本发明的生物碳基纳米铁材料FE-SEM电镜照片；
图10为本发明的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极吸附去除噻唑杂环类持久性有机污染物效果与其他电极的对比图；
图11为本发明的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极电化学处理噻唑杂环类持久性有机污染物效果与普通电极的对比图；
图12为本发明的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极与普通电极对噻唑杂环类持久性有机污染物电化学处理过程的一阶动力学拟合与二阶动力学拟合图。
图中各个部件如下：供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分1、自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分2、钌钛合金内芯3、阳极生物碳基纳米铁耦合填料4、阳极碳纤维石墨毡限域层5、阳极耐腐蚀有机玻璃骨架层6；导线7、镍基均匀电流网8、疏水碳纤维隔水层8、阴极生物碳基纳米铁耦合填料覆盖层10、阴极碳纤维石墨毡限域层11、阴极耐腐蚀有机玻璃骨架层12、电源13、化学反应中央罐体部分14、气泵15、下层气室部分16、上层排气加料罐体部分17、有机废液进水口18、处理后废液排出口19、气室漏液排出口20、气泵充气口21与辅助排气加料口22。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
如图1～图8所示，包括供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分1与自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分2；
所述供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分1由内向外依次包括钌钛合金内芯3(钌钛比例为0.08～0.14：1)、阳极生物碳基纳米铁耦合填料4、阳极碳纤维石墨毡限域层5与阳极耐腐蚀有机玻璃骨架层6；
所述自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分2的最外层为阴极耐腐蚀有机玻璃骨架层12，在阴极耐腐蚀有机玻璃骨架层12内部自下向上依次包括镍基均匀电流网8、疏水碳纤维隔水层9、阴极生物碳基纳米铁耦合填料覆盖层10、阴极碳纤维石墨毡限域层11。
本实施例中配套电极辅助电化学反应器包括：导线7、电源13、化学反应中央罐体部分14、气泵15、下层气室部分16、上层排气加料罐体部分17、有机废液进水口18、处理后废液排出口19、气室漏液排出口20、气泵充气口21与辅助排气加料口22；所述配套电极辅助电化学反应器罐体内部设置有供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分1与自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分2，从上到下分别将配套电极辅助电化学反应器罐体分隔为上层排气加料罐体部分17、化学反应中央罐体部分14和下层气室部分16；所述配套电极辅助电化学反应器罐体上设置有上层排气加料罐体部分17，且所述辅助排气加料口22设置于上层排气加料罐体部分17内部且与铁生物碳纳米铁耦合阳极部分1连接；所述铁生物碳纳米铁耦合阳极部分1与自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分2之间通过导线7与电源13连接；所述上层排气加料罐体部分17上下分别为喇叭状结构；所述化学反应中央罐体部分14侧侧壁面开设有有机废液进水口18和处理后废液排出口19，所述下层气室部分16侧面开设有气室漏液排出口20和气泵充气口21，所述气泵充气口21与气泵15连接。
其中，所述电极系统电源13采用直流电源；所述接入阳极钌钛合金内芯3与阴极镍基均匀电流网8的导线7采用柔性高碳导电石墨线或钌钛合金导线；所述配套电极辅助电化学反应器中化学反应中央罐体部分14、下层气室部分16、上层排气加料罐体部分17、有机废液进水口18、处理后废液排出口19、气室漏液排出口20、气泵充气口21与辅助排气加料口22均由耐腐蚀有机玻璃制成；所述气泵输入气流速度为5～10L/min；所述助催化剂，如对苯二酚、羟胺、半胱氨酸与抗坏血酸等，按照与废水质量比为1：4000～5000的比例通过辅助排气加料口22加入体系。
本实施例中阴极碳纤维石墨毡限域层的制作方法为：石墨毡依次在丙酮和去离子水中进行超声脱脂处理30分钟，干燥后在超声环境下浸渍在聚四氟乙烯2.5g、乙炔黑0.5g、纯净水30mL与醇4％的混合悬浊液中50min，干燥后置于360℃的环境下活化1.5小时；
一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极的使用方法，其步骤包括如下：
1)开启电源，生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极将开始运行；
2)调节气泵空气流速为5～10L/min；
3)开始加样程序，废液由有机废液进水口进入配套电极辅助电化学反应器中化学反应中央罐体部分，水位达到化学反应中央罐体部分顶部时关闭有机废液进水口；
4)等待废水处理；
5)待水质达标后，处理后废液排出口阀门开启，处理液排入自然水体或回用；待处理液排放完成，关闭废液排出口阀门，重新开启有机废液进水口开始下一轮废水处理工序。
实施例1
将某机构采集的富含噻唑杂环类持久性有机污染物的高浓度有机废水5L用去除等杂质后，用COD检测仪精确测定，得到混合液中COD约为3100mg/L。
开启直流电源，电压220V，生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极开始运行。调节气泵空气流速为6L/min。开始加样程序，废液由有机废液进水口进入配套电极辅助电化学反应器中化学反应中央罐体部分，水位达到化学反应中央罐体部分顶部时关闭有机废液进水口。等待废水处理，期间多次检测处理液COD，反应开始6小时左右，处理液COD接近0，处理液达到排放标准。处理后废液排出口阀门开启，处理液排入自然水体或回用；待处理液排放完成，关闭废液排出口阀门，重新开启有机废液进水口开始下一轮废水处理工序。
图9为生物碳基纳米铁材料扫描电子显微镜成像图，表明本发明中生物碳烧制出适合吸附与催化的多孔结构，具有足够大的反应比表面积，且纳米铁颗粒均匀负载在生物碳基材料的表面，形成更大的比表面积，进一步促进了生物碳材料的吸附与催化活性。图10为生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极吸附去除噻唑杂环类持久性有机污染物效果与其他电极的对比图，反映了生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极在吸附性能上在吸附性能上远远强于其他电极，完全有能力通过吸附性能形成持久性有机污染物的限域降解，成倍提升电化学反应器降解效果。图11为生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极电化学处理噻唑杂环类持久性有机污染物效果与普通电极的对比图，反映了生物碳基纳米铁在电化学处理高浓度有机废水中的卓越表现，120分钟内降解效率为普通电极的2倍以上；图12为生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极与普通电极对噻唑杂环类持久性有机污染物电化学处理过程的一阶动力学拟合与二阶动力学拟合图(图中的点为生物碳基纳米铁电极，直线为一阶/二阶反应动力学拟合)，反映出生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极对噻唑杂环类持久性有机污染物的降解过程更符合一阶动力学，且生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极电化学系统反应速率较普通电极电化学系统提升了5倍以上，阳极碳纤维石墨毡限域层与阴极碳纤维石墨毡限域层可以极好地控制生物碳基纳米铁在废液反应过程中不外泄，很好保护了电极的完整性，避免引起处理废液过程中废液的纳米颗粒二次污染；阳极碳纤维石墨毡限域层与阴极碳纤维石墨毡限域层的多孔结构大大提高了阴阳两极的导电面积，从而成倍提升了阳极氧化效率与阴极接触产生自由基的面积；阳极碳纤维石墨毡限域层与阴极碳纤维石墨毡限域层结合内部生物碳基纳米铁填料形成吸附限域降解效果，避免了自由基的转移损耗，可以通过将污染物聚集在电极表面的方式来实现原位降解(阳极氧化与阴极自由基降解)。
Claims (10)
1.一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极，其特征在于，包括供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分(1)与自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分(2)；
所述供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分(1)由内向外依次包括钌钛合金内芯(3)、阳极生物碳基纳米铁耦合填料(4)、阳极碳纤维石墨毡限域层(5)与阳极耐腐蚀有机玻璃骨架层(6)；其中钌钛合金内芯(3)中钌钛质量比为0.08～0.14：1；
所述自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分(2)的最外层为阴极耐腐蚀有机玻璃骨架层(12)，在阴极耐腐蚀有机玻璃骨架层(12)内部自下向上依次包括镍基均匀电流网(8)、疏水碳纤维隔水层(9)、阴极生物碳基纳米铁耦合填料覆盖层(10)、阴极碳纤维石墨毡限域层(11)。
2.根据权利要求1所述一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极，其特征在于，配套电极辅助电化学反应器包括：导线(7)、电源(13)、化学反应中央罐体部分(14)、气泵(15)、下层气室部分(16)、上层排气加料罐体部分(17)、有机废液进水口(18)、处理后废液排出口(19)、气室漏液排出口(20)、气泵充气口(21)与辅助排气加料口(22)；所述配套电极辅助电化学反应器罐体内部设置有供铁生物碳纳米铁耦合阳极部分(1)与自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分(2)，从上到下分别将配套电极辅助电化学反应器罐体分隔为上层排气加料罐体部分(17)、化学反应中央罐体部分(14)和下层气室部分(16)；所述配套电极辅助电化学反应器罐体的上层为排气加料罐体部分(17)，且所述辅助排气加料口(22)设置于上层排气加料罐体部分(17)内部且与铁生物碳纳米铁耦合阳极部分(1)连接；所述铁生物碳纳米铁耦合阳极部分(1)通过导线(7)与电源(13)的正极连接，所述自由基氧化生物碳基纳米铁耦合阴极部分(2)通过导线(7)与电源(13)的负极连接；所述上层排气加料罐体部分(17)上下分别为喇叭状结构；所述化学反应中央罐体部分(14)侧侧壁面开设有有机废液进水口(18)和处理后废液排出口(19)，所述下层气室部分(16)侧面开设有气室漏液排出口(20)和气泵充气口(21)，所述气泵充气口(21)与气泵(15)连接。
3.根据权利要求1所述一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极，其特征在于：阴极碳纤维石墨毡限域层(11)与阳极碳纤维石墨毡限域层(5)的制作方法为：石墨毡依次在丙酮和去离子水中进行超声脱脂处理30分钟，干燥后在超声环境下浸渍在聚四氟乙烯(2.0～2.5g)、乙炔黑(0.4～0.5g)、纯净水(20～30mL)与醇(3～4％)的混合悬浊液中40～50min，干燥后置于360℃的环境下活化1～1.5小时，即得。
4.根据权利要求2所述一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极，其特征在于：所述电源(13)采用直流电源。
5.根据权利要求2所述一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极，其特征在于：接入阳极钌钛合金内芯(3)与阴极镍基均匀电流网(8)的导线(7)采用柔性高碳导电石墨线或钌钛合金导线。
6.根据权利要求2所述一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极，其特征在于：配套电极辅助电化学反应器中化学反应中央罐体部分(14)、下层气室部分(16)、上层排气加料罐体部分(17)、有机废液进水口(18)、处理后废液排出口(19)、气室漏液排出口(20)、气泵充气口(21)与辅助排气加料口(22)均由耐腐蚀有机玻璃制成。
7.根据权利要求1与2所述一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极，其特征在于：气泵(15)输入气流速度为5～10L/min。
8.根据权利要求1所述一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极，其特征在于：所述阳极耐腐蚀有机玻璃骨架层(6)与阴极耐腐蚀有机玻璃骨架层(12)的表面上均开设有孔，所述孔的孔径为5～8mm。
9.权利要求1～8任一项所述一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极的使用方法，其特征在于，包括如下方法：
(1)装置组装：将各部分先分别组装，安装由下而上的原则进行组装；
(2)加样：先开启气泵(15)使下层气室部分(16)气压升高，废液由有机废液进水口(18)进入配套电极辅助电化学反应器中化学反应中央罐体部分(14)，水位达到化学反应中央罐体部分(14)顶部时关闭有机废液进水口(18)；
(3)高浓度有机废水处理：开启电源(13)，生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极将开始运行，调节气泵(15)空气流速为5～10L/min，开始加样程序，待水质达标后，处理后废液排出口(19)阀门开启，处理液排入自然水体或回用；待处理液排放完成，关闭废液排出口(19)阀门，重新开启有机废液进水口(18)开始下一轮废水处理工序。
10.根据权利要求9所述一种用于电化学处理高浓度有机废水的生物碳基纳米铁耦合自清洁三维电极的使用方法，其特征在于：步骤(2)中，还需要加入反应助催化剂，所述反应助催化剂包括对苯二酚、羟胺、半胱氨酸或抗坏血酸，按照与废水质量比为1：4000～5000的比例通过辅助排气加料口(22)加入体系。
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