CN113716653A - 一种穿透式非均相电芬顿水处理装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种穿透式非均相电芬顿水处理装置及其应用，所述穿透式非均相电芬顿水处理装置包括电化学反应器，电化学反应器上设置有流体入口和流体出口，电化学反应器内设置有电极层，电极层位于流体入口和流体出口之间；电极层包括负载有铁纳米颗粒的炭电极层和钛网层，炭电极层和钛网层之间设置有支撑层。本发明的穿透式非均相电芬顿水处理装置通过设置包括负载有铁纳米颗粒的炭电极层、支撑层和钛网层，提供薄的电极表面扩散层，可强制流体对流，以穿透流动的方式快速传质，使废水中的有机物发生吸附并富集，无需额外加入金属离子催化剂，实现高效低耗降解废水中污染物。

Description

一种穿透式非均相电芬顿水处理装置及其应用
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种穿透式非均相电芬顿水处理装置及其应用。
背景技术
电芬顿技术(EF)相比于传统的芬顿技术，具有无需投加过氧化氢、铁泥产量少等诸多优点，但其仍然存在着pH适用范围窄(pH＝3)、需投加铁盐等不足，非均相电芬顿技术近年来得到了广泛关注与发展。在非均相电芬顿体系中，固相芬顿催化位点和氧还原(ORR)活性位点的同时引入，使原位生成的过氧化氢与电极上的催化活性位点发生反应，生成羟基自由基、超氧自由基、单线态氧等具有更强氧化性的自由基，从而提升污染物的分解及矿化能力。该过程适用于中性pH且无需额外投加铁盐，因而相较于常规EF技术，非均相电芬顿技术更具备实际工程应用的潜能。
通常情况下，非均相电芬顿的运行工艺为间歇式或者流动床式，溶液中的有机物在电芬顿电极表面发生电催化反应，这使得电催化反应发生在有限的阴极与溶液界面。因此，传统非均相电芬顿阴极的催化性能受到有限的电催化反应面积、较短的污染物与电极材料的接触时间、并缓慢的传质作用的影响，使得非均相电芬顿电极所负载的催化剂利用率和重复使用率不高，从而影响了非均相电芬顿的处理效果，限制了电芬顿技术的应用。因此，开发出非均相电芬顿电极所负载的催化剂高效且可以重复使用，同时简便易操作的非均相电芬顿废水处理方法具有很大的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种穿透式非均相电芬顿水处理装置及其应用。该穿透式非均相电芬顿水处理装置通过设置包括负载有铁纳米颗粒的炭电极层、支撑层和钛网层，提供薄的电极表面扩散层，可强制流体对流，以穿透流动的方式快速传质，使废水中的有机物发生吸附并富集，无需额外加入金属离子催化剂，实现高效低耗降解废水中污染物。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，包括电化学反应器，所述电化学反应器上设置有流体入口和流体出口，其特征在于，所述电化学反应器内设置有电极层，所述电极层位于流体入口和流体出口之间且垂直于所述流体的流动方向；
所述电极层包括炭电极层和钛网层，所述炭电极层上负载有铁纳米颗粒，所述炭电极层和钛网层之间设置有支撑层。
上述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，所述支撑层的材质为无纺布，所述支撑层的厚度为0.5mm～4mm。
上述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，还包括直流电源、水泵和贮水池，所述直流电源与炭电极层和钛网层均连接，所述流体入口和贮水池之间连接有管道，所述水泵设置于所述管道上。
上述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，所述穿透式非均相电芬顿水处理装置还包括橡胶圈，所述橡胶圈套设于炭电极层上。
上述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，负载有铁纳米颗粒的炭电极层的制备方法包括：将包括化妆棉和硫酸亚铁溶液的混合体系进行超声处理，真空干燥，真空碳化，得到负载有铁纳米颗粒的炭电极层。
上述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，制备所述负载有铁纳米颗粒的炭电极层的方法具体包括：
步骤一、预处理化妆棉：将化妆棉浸泡于乙醇溶液中，将浸泡有化妆棉的乙醇溶液进行超声处理，将超声处理后化妆棉取出，用去离子水清洗，干燥，得到预处理化妆棉；
步骤二、配制硫酸亚铁溶液：将硫酸亚铁溶解于去离子水中，得到硫酸亚铁溶液；
步骤三、超声处理：将步骤一所述预处理化妆棉置于步骤二所述硫酸亚铁溶液中，超声20min～30min，得到处理后电极材料；
步骤四、将步骤三处理后电极材料置于80℃～100℃真空干燥箱中干燥 10h～12h，得到负载铁纳米颗粒的电极材料；
步骤五、将所述负载铁纳米颗粒的电极材料置于管式炉中，于氩气气氛下，以2℃min-1～5℃min-1的升温速率升至200℃～500℃，保持3h～4h，得到负载有铁纳米颗粒的炭电极层。
上述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，步骤一所述乙醇溶液的质量为化妆棉质量的3倍～5倍，所述乙醇溶液中乙醇的质量百分含量为70％～90％；处理浸泡有化妆棉的乙醇溶液的超声频率为 40kHz～60kHz，超声处理时间为15min～25min；干燥的温度为70℃～90℃，干燥的时间为7h～9h。
上述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，步骤二所述硫酸亚铁溶液中，硫酸亚铁的质量与去离子水体积的比值为5:，硫酸亚铁质量的单位为mg，去离子水体积的单位为mL，步骤一所述化妆棉的质量为硫酸亚铁质量的2倍～5倍。
上述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，步骤三所述超声的频率为30kHz～50kHz。
此外，本发明还提供一种应用上述穿透式非均相电芬顿水处理装置进行水处理的方法。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的穿透式非均相电芬顿水处理装置通过设置包括负载有铁纳米颗粒的炭电极层、支撑层和钛网层，提供薄的电极表面扩散层，可强制流体对流，以穿透流动的方式快速传质，使废水中的有机物发生吸附并富集，无需额外加入金属离子催化剂，实现高效低耗降解废水中污染物。
2、作为优选，本发明的穿透式非均相电芬顿水处理装置包括可拆装的电化学反应器，方便更换。
3、本发明穿透式非均相电芬顿水处理装置可针对性的处理中性废水和弱碱性废水，处理过程无铁泥产生，可长时间持续运行。
4、本发明穿透式非均相电芬顿水处理装置具有成本低且使用寿命长的特性，利于推广应用。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明穿透式非均相电芬顿水处理装置的结构示意图。
图2为电化学反应器的结构示意图。
图3为实施例1步骤一预处理化妆棉的扫描电镜图。
图4为实施例1负载有铁纳米颗粒的炭电极层的扫描电镜图。
图5为实施例2负载有铁纳米颗粒的炭电极层的扫描电镜图。
图6为在实施例1的穿透式非均相电芬顿水处理装置作用下盐酸四环素废水的处理效果。
图7为在实施例1的穿透式非均相电芬顿水处理装置作用下盐酸四环素废水的连续处理的处理效果。
附图标记说明
1—流体入口； 2—炭电极层； 3—支撑层；
4—钛网层； 5—流体出口； 6—直流电源；
7—水泵； 8—贮水池； 9—管道；
10—橡胶圈。
具体实施方式
所述化妆棉为市面常见化妆棉，以下实施例中化妆棉厂家为新疆托兰化妆棉片，厚度4mm，尺寸4cm×8cm，超声处理在昆山超声仪中进行。
实施例1
本实施例提供一种制备负载有铁纳米颗粒的炭电极层的方法，包括：
步骤一、预处理化妆棉：将化妆棉浸泡于乙醇溶液中，将浸泡有化妆棉的乙醇溶液进行超声处理，将超声处理后化妆棉取出，用去离子水清洗，干燥，得到预处理化妆棉；所述乙醇溶液的质量为化妆棉质量的5倍，所述乙醇溶液中乙醇的质量百分含量为80％；处理浸泡有化妆棉的乙醇溶液的超声频率为50kHz，超声功率为150w左右，按照60％～90％工率运行，超声处理时间为20min；干燥的温度为80℃，干燥的时间为8h；
步骤二、配制硫酸亚铁溶液：将5mg硫酸亚铁溶解于30mL去离子水中，得到硫酸亚铁溶液；所述硫酸亚铁溶液中，步骤一所述化妆棉的质量为硫酸亚铁质量的3倍；
步骤三、超声处理：将步骤一所述预处理化妆棉置于步骤二所述硫酸亚铁溶液中，超声30min，去除多余液相，得到处理后电极材料；所述超声的频率为40kHz，超声功率为150w左右，按照60％～70％工率运行；
步骤四、将步骤三处理后电极材料置于90℃真空干燥箱中干燥10h，得到负载铁纳米颗粒的电极材料；
步骤五、将所述负载铁纳米颗粒的电极材料置于管式炉中，于氩气气氛下，以5℃min-1的升温速率升至300℃，保持4h，得到负载有铁纳米颗粒的炭电极层。
本实施例提供一种包括上述负载有铁纳米颗粒的炭电极层的穿透式非均相电芬顿水处理装置，如图1和2所示，包括：电化学反应器，所述电化学反应器上设置有流体入口1和流体出口5，所述电化学反应器内设置有电极层，所述电极层位于流体入1口和流体出口5之间且垂直于所述流体的流动方向；作为一种可行的实施方式，电极层通过螺栓螺母组件设置于电化学反应器内，方便进行拆卸安装；
所述电极层包括炭电极层2和钛网层4，所述炭电极层2为上述负载有铁纳米颗粒的炭电极层，所述炭电极层2和钛网层4之间设置有支撑层 3；所述支撑层的厚度为2mm；所述支撑层的材质为无纺布。
本实施例的穿透式非均相电芬顿水处理装置，还包括直流电源6、水泵7和贮水池8，所述直流电源6与炭电极层2和钛网层4均连接，所述流体入口1和贮水池8之间连接有管道9，所述水泵7设置于所述管道9 上。
本实施例的穿透式非均相电芬顿水处理装置中，所述穿透式非均相电芬顿水处理装置还包括橡胶圈10，所述橡胶圈10套设于炭电极层2上。
性能评价
图3～5依次为步骤一预处理化妆棉、实施例1负载有铁纳米颗粒的炭电极层和实施例2负载有铁纳米颗粒的炭电极层的扫描电镜图，可知，本发明实施例1和实施例2的负载有铁纳米颗粒的炭电极层表面附着有大量纳米颗粒，可有效增大电极材料的比表面积，增加电极材料的反应活性位点，提高催化产生·OH效能。
图6为在实施例1的穿透式非均相电芬顿水处理装置作用下盐酸四环素废水的处理效果图，其中盐酸四环素废水中盐酸四环素的浓度为 100mg/L，由图6可知，在pH为3～7的范围内，本发明的装置均可在60 分钟内实现污染物的完全去除，有效保持高效去除速率。
图7为在实施例1的穿透式非均相电芬顿水处理装置作用下盐酸四环素废水的连续处理的处理效果，由图7可见，在连续20次持续40小时的废水处理中，本发明的装置均可保持稳定性能。
实施例2
本实施例提供一种制备负载有铁纳米颗粒的炭电极层的方法，包括：
步骤一、预处理化妆棉：将化妆棉浸泡于乙醇溶液中，将浸泡有化妆棉的乙醇溶液进行超声处理，将超声处理后化妆棉取出，用去离子水清洗，干燥，得到预处理化妆棉；所述乙醇溶液的质量为化妆棉质量的4倍，所述乙醇溶液中乙醇的质量百分含量为90％；处理浸泡有化妆棉的乙醇溶液的超声频率为40kHz，超声功率为150w左右，按照60％～90％工率运行，超声处理时间为15min；干燥的温度为70℃，干燥的时间为9h；
步骤二、配制硫酸亚铁溶液：将5mg硫酸亚铁溶解于30mL去离子水中，得到硫酸亚铁溶液；所述硫酸亚铁溶液中，步骤一所述化妆棉的质量为硫酸亚铁质量的2倍；
步骤三、超声处理：将步骤一所述预处理化妆棉置于步骤二所述硫酸亚铁溶液中，超声25min，去除多余液相，得到处理后电极材料；所述超声的频率为50kHz，超声功率为150w左右，按照60％～70％工率运行；
步骤四、将步骤三处理后电极材料置于80℃真空干燥箱中干燥12h，得到负载铁纳米颗粒的电极材料；
步骤五、将所述负载铁纳米颗粒的电极材料置于管式炉中，于氩气气氛下，以3℃min-1的升温速率升至200℃，保持3.5h，得到负载有铁纳米颗粒的炭电极层。
本实施例的负载有铁纳米颗粒的炭电极层性能与实施例1基本相同。
本实施例提供一种包括上述负载有铁纳米颗粒的炭电极层的穿透式非均相电芬顿水处理装置，如图1和2所示，包括：电化学反应器，所述电化学反应器上设置有流体入口1和流体出口5，所述电化学反应器内设置有电极层，所述电极层位于流体入1口和流体出口5之间且垂直于所述流体的流动方向；
所述电极层包括炭电极层2和钛网层4，所述炭电极层2为上述负载有铁纳米颗粒的炭电极层，所述炭电极层2和钛网层4之间设置有支撑层 3；所述支撑层的厚度为0.5mm；所述支撑层的材质为无纺布。
本实施例的穿透式非均相电芬顿水处理装置，还包括直流电源6、水泵7和贮水池8，所述直流电源6与炭电极层2和钛网层4均连接，所述流体入口1和贮水池8之间连接有管道9，所述水泵7设置于所述管道9 上。
本实施例的穿透式非均相电芬顿水处理装置中，所述穿透式非均相电芬顿水处理装置还包括橡胶圈10，所述橡胶圈10套设于炭电极层2上。
实施例3
本实施例提供一种制备负载有铁纳米颗粒的炭电极层的方法，包括：
步骤一、预处理化妆棉：将化妆棉浸泡于乙醇溶液中，将浸泡有化妆棉的乙醇溶液进行超声处理，将超声处理后化妆棉取出，用去离子水清洗，干燥，得到预处理化妆棉；所述乙醇溶液的质量为化妆棉质量的3倍，所述乙醇溶液中乙醇的质量百分含量为70％；处理浸泡有化妆棉的乙醇溶液的超声频率为60kHz，超声功率为150w左右，按照60％～90％工率运行，超声处理时间为25min；干燥的温度为90℃，干燥的时间为7h；
步骤二、配制硫酸亚铁溶液：将5mg硫酸亚铁溶解于30mL去离子水中，得到硫酸亚铁溶液；所述硫酸亚铁溶液中，步骤一所述化妆棉的质量为硫酸亚铁质量的5倍；
步骤三、超声处理：将步骤一所述预处理化妆棉置于步骤二所述硫酸亚铁溶液中，超声20min，去除多余液相，得到处理后电极材料；所述超声的频率为30kHz，超声功率为150w左右，按照60％～70％工率运行；
步骤四、将步骤三处理后电极材料置于100℃真空干燥箱中干燥11h，得到负载铁纳米颗粒的电极材料；
步骤五、将所述负载铁纳米颗粒的电极材料置于管式炉中，于氩气气氛下，以2℃min-1的升温速率升至500℃，保持3h，得到负载有铁纳米颗粒的炭电极层。
本实施例的负载有铁纳米颗粒的炭电极层性能与实施例1基本相同。
本实施例提供一种包括上述负载有铁纳米颗粒的炭电极层的穿透式非均相电芬顿水处理装置，如图1和2所示，包括：电化学反应器，所述电化学反应器上设置有流体入口1和流体出口5，所述电化学反应器内设置有电极层，所述电极层位于流体入1口和流体出口5之间且垂直于所述流体的流动方向；
所述电极层包括炭电极层2和钛网层4，所述炭电极层2为上述负载有铁纳米颗粒的炭电极层，所述炭电极层2和钛网层4之间设置有支撑层 3；所述支撑层的厚度为4mm；所述支撑层的材质为无纺布。
本实施例的穿透式非均相电芬顿水处理装置，还包括直流电源6、水泵7和贮水池8，所述直流电源6与炭电极层2和钛网层4均连接，所述流体入口1和贮水池8之间连接有管道9，所述水泵7设置于所述管道9 上。
本实施例的穿透式非均相电芬顿水处理装置中，所述穿透式非均相电芬顿水处理装置还包括橡胶圈10，所述橡胶圈10套设于炭电极层2上。
实施例4
本实施例提供一种制备负载有铁纳米颗粒的炭电极层的方法，包括：
步骤一、预处理化妆棉：将化妆棉浸泡于乙醇溶液中，将浸泡有化妆棉的乙醇溶液进行超声处理，将超声处理后化妆棉取出，用去离子水清洗，干燥，得到预处理化妆棉；所述乙醇溶液的质量为化妆棉质量的5倍，所述乙醇溶液中乙醇的质量百分含量为80％；处理浸泡有化妆棉的乙醇溶液的超声频率为50kHz，超声功率为150w左右，按照60％～90％工率运行，超声处理时间为20min；干燥的温度为80℃，干燥的时间为8h；
步骤二、配制硫酸亚铁溶液：将5mg硫酸亚铁溶解于20mL去离子水中，得到硫酸亚铁溶液；所述硫酸亚铁溶液中，步骤一所述化妆棉的质量为硫酸亚铁质量的5倍；
步骤三、超声处理：将步骤一所述预处理化妆棉置于步骤二所述硫酸亚铁溶液中，超声30min，去除多余液相，得到处理后电极材料；所述超声的频率为40kHz，超声功率为150w左右，按照60％～70％工率运行；
步骤四、将步骤三处理后电极材料置于90℃真空干燥箱中干燥10h，得到负载铁纳米颗粒的电极材料；
步骤五、将所述负载铁纳米颗粒的电极材料置于管式炉中，于氩气气氛下，以5℃min-1的升温速率升至300℃，保持4h，得到负载有铁纳米颗粒的炭电极层。
本实施例的负载有铁纳米颗粒的炭电极层性能与实施例1基本相同。
本实施例提供一种包括上述负载有铁纳米颗粒的炭电极层的穿透式非均相电芬顿水处理装置，如图1和2所示，包括：电化学反应器，所述电化学反应器上设置有流体入口1和流体出口5，所述电化学反应器内设置有电极层，所述电极层位于流体入1口和流体出口5之间且垂直于所述流体的流动方向；作为一种可行的实施方式，电极层通过螺栓螺母组件设置于电化学反应器内，方便进行拆卸安装；
所述电极层包括炭电极层2和钛网层4，所述炭电极层2为上述负载有铁纳米颗粒的炭电极层，所述炭电极层2和钛网层4之间设置有支撑层 3；所述支撑层的厚度为2mm；所述支撑层的材质为无纺布。
本实施例的穿透式非均相电芬顿水处理装置，还包括直流电源6、水泵7和贮水池8，所述直流电源6与炭电极层2和钛网层4均连接，所述流体入口1和贮水池8之间连接有管道9，所述水泵7设置于所述管道9 上。
本实施例的穿透式非均相电芬顿水处理装置中，所述穿透式非均相电芬顿水处理装置还包括橡胶圈10，所述橡胶圈10套设于炭电极层2上。
实施例5
本实施例提供一种制备负载有铁纳米颗粒的炭电极层的方法，包括：
步骤一、预处理化妆棉：将化妆棉浸泡于乙醇溶液中，将浸泡有化妆棉的乙醇溶液进行超声处理，将超声处理后化妆棉取出，用去离子水清洗，干燥，得到预处理化妆棉；所述乙醇溶液的质量为化妆棉质量的5倍，所述乙醇溶液中乙醇的质量百分含量为80％；处理浸泡有化妆棉的乙醇溶液的超声频率为50kHz，超声功率为150w左右，按照60％～90％工率运行，超声处理时间为20min；干燥的温度为80℃，干燥的时间为8h；
步骤二、配制硫酸亚铁溶液：将5mg硫酸亚铁溶解于40mL去离子水中，得到硫酸亚铁溶液；所述硫酸亚铁溶液中，步骤一所述化妆棉的质量为硫酸亚铁质量的2倍；
步骤三、超声处理：将步骤一所述预处理化妆棉置于步骤二所述硫酸亚铁溶液中，超声30min，去除多余液相，得到处理后电极材料；所述超声的频率为40kHz，超声功率为150w左右，按照60％～70％工率运行；
步骤四、将步骤三处理后电极材料置于90℃真空干燥箱中干燥10h，得到负载铁纳米颗粒的电极材料；
步骤五、将所述负载铁纳米颗粒的电极材料置于管式炉中，于氩气气氛下，以5℃min-1的升温速率升至300℃，保持4h，得到负载有铁纳米颗粒的炭电极层。
本实施例的负载有铁纳米颗粒的炭电极层性能与实施例1基本相同。
本实施例提供一种包括上述负载有铁纳米颗粒的炭电极层的穿透式非均相电芬顿水处理装置，如图1和2所示，包括：电化学反应器，所述电化学反应器上设置有流体入口1和流体出口5，所述电化学反应器内设置有电极层，所述电极层位于流体入1口和流体出口5之间且垂直于所述流体的流动方向；作为一种可行的实施方式，电极层通过螺栓螺母组件设置于电化学反应器内，方便进行拆卸安装；
所述电极层包括炭电极层2和钛网层4，所述炭电极层2为上述负载有铁纳米颗粒的炭电极层，所述炭电极层2和钛网层4之间设置有支撑层 3；所述支撑层的厚度为2mm；所述支撑层的材质为无纺布。
本实施例的穿透式非均相电芬顿水处理装置，还包括直流电源6、水泵7和贮水池8，所述直流电源6与炭电极层2和钛网层4均连接，所述流体入口1和贮水池8之间连接有管道9，所述水泵7设置于所述管道9 上。
本实施例的穿透式非均相电芬顿水处理装置中，所述穿透式非均相电芬顿水处理装置还包括橡胶圈10，所述橡胶圈10套设于炭电极层2上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，包括电化学反应器，所述电化学反应器上设置有流体入口(1)和流体出口(5)，其特征在于，所述电化学反应器内设置有电极层，所述电极层位于流体入口(1)和流体出口(5)之间且垂直于所述流体的流动方向；
所述电极层包括炭电极层(2)和钛网层(4)，所述炭电极层(2)上负载有铁纳米颗粒，所述炭电极层(2)和钛网层(4)之间设置有支撑层(3)。
2.根据权利要求1所述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，所述支撑层的材质为无纺布，所述支撑层的厚度为0.5mm～4mm。
3.根据权利要求1所述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，还包括直流电源(6)、水泵(7)和贮水池(8)，所述直流电源(6)与炭电极层(2)和钛网层(4)均连接，所述流体入口(1)和贮水池(8)之间连接有管道(9)，所述水泵(7)设置于所述管道(9)上。
4.根据权利要求1所述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，所述穿透式非均相电芬顿水处理装置还包括橡胶圈(10)，所述橡胶圈(10)套设于炭电极层(2)上。
5.根据权利要求1所述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，负载有铁纳米颗粒的炭电极层的制备方法包括：将包括化妆棉和硫酸亚铁溶液的混合体系进行超声处理，真空干燥，真空碳化，得到负载有铁纳米颗粒的炭电极层。
6.根据权利要求5所述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，制备所述负载有铁纳米颗粒的炭电极层的方法具体包括：
步骤一、预处理化妆棉：将化妆棉浸泡于乙醇溶液中，将浸泡有化妆棉的乙醇溶液进行超声处理，将超声处理后化妆棉取出，用去离子水清洗，干燥，得到预处理化妆棉；
步骤二、配制硫酸亚铁溶液：将硫酸亚铁溶解于去离子水中，得到硫酸亚铁溶液；
步骤三、超声处理：将步骤一所述预处理化妆棉置于步骤二所述硫酸亚铁溶液中，超声20min～30min，得到处理后电极材料；
步骤四、将步骤三处理后电极材料置于80℃～100℃真空干燥箱中干燥10h～12h，得到负载铁纳米颗粒的电极材料；
步骤五、将所述负载铁纳米颗粒的电极材料置于管式炉中，于氩气气氛下，以2℃min-1～5℃min-1的升温速率升至200℃～500℃，保持3h～4h，得到负载有铁纳米颗粒的炭电极层。
7.根据权利要求6所述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，步骤一所述乙醇溶液的质量为化妆棉质量的3倍～5倍，所述乙醇溶液中乙醇的质量百分含量为70％～90％；处理浸泡有化妆棉的乙醇溶液的超声频率为40kHz～60kHz，超声处理时间为15min～25min；干燥的温度为70℃～90℃，干燥的时间为7h～9h。
8.根据权利要求6所述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，步骤二所述硫酸亚铁溶液中，硫酸亚铁的质量与去离子水体积的比值为5:(20～40)，硫酸亚铁质量的单位为mg，去离子水体积的单位为mL，步骤一所述化妆棉的质量为硫酸亚铁质量的2倍～5倍。
9.根据权利要求6所述的一种穿透式非均相电芬顿水处理装置，其特征在于，步骤三所述超声的频率为30kHz～50kHz。
10.一种应用如权利要求1～9任一权利要求所述穿透式非均相电芬顿水处理装置进行水处理的方法。
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