CN115520940B - 增强氧气利用的电催化氧化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强氧气利用的电催化氧化反应器，包括反应箱体及多个并列间隔设于反应箱体内的电极，电极包括电极壳及沿多个电极的排列方向并列设置在电极壳内以将电极壳内分为三个空腔的两个由导电材料制成的隔片，中间空腔下端部和两侧空腔内填充有泡沫层，中间空腔的上端部设有芒刺线；隔片的正对芒刺线的位置通过绝缘衬片连接有电极片，中间空腔内的泡沫层为塑料绝缘材质，两侧空腔内的泡沫层的表面覆有疏水层，可导电；中间空腔内的泡沫层的泡沫孔径小于两侧空腔内的泡沫层的泡沫孔径；隔片的错开芒刺线的部位设有多个气孔，气孔的孔径小于中间空腔内的泡沫层的泡沫孔径。本发明可以促进氧气利用率，以提高对水中有机污染物的降解效率。
Description
技术领域
本发明涉及污水降解技术领域，具体涉及一种增强氧气利用的电催化氧化反应器。
背景技术
电催化氧化处理有机物技术是一种典型的高级氧化技术,其具有操作简便、过程清洁可控、设备灵活多变等特点。该技术利用具有催化作用的阳极,产生具有强氧化能力的羟基自由基或其他氧化性中间体,促进有机物氧化分解,甚至分解为水和二氧化碳。
当前,该技术的根本缺陷在于电流利用效率低与降解能耗高。而要解决能耗高的关键就是增强传质和增强氧气辅助功能，有研究表明传质系数受溶液浓度梯度的影响较大，高浓度梯度有利于传质，从而使反应能够更快的进行，降低电力能耗，提高电流效率。通过在电极中通入空气，利用其中的氧气实现增强电解作用，并达到改善传质的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种增强氧气利用的电催化氧化反应器，它的电极内放电，产生带电气体，带电气体与水可以快速充分溶合，以促进氧气利用率，提高对水中有机污染物的降解效率。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种增强氧气利用的电催化氧化反应器，包括反应箱体及多个并列间隔设于所述反应箱体内的电极，所述电极包括电极壳及沿多个电极的排列方向并列设置在所述电极壳内的两个由导电材料制成的隔片，两个隔片将所述电极壳内分为三个空腔，中间的空腔内的下端部和两侧的空腔内分别填充有泡沫层，中间的空腔内的上端部设置有在上下方向延伸并用于接高压负极的芒刺线，所述隔片的正对芒刺线的位置通过绝缘衬片连接有用于连接高压正极的电极片；其中，每个电极中：
中间空腔内的泡沫层的材质为塑料绝缘材质，两侧空腔内的泡沫层的表面覆有疏水层，可导电；中间空腔内的泡沫层的泡沫孔径小于两侧空腔内的泡沫层的泡沫孔径；所述隔片的错开芒刺线的部位设有多个气孔，所述气孔的孔径小于中间空腔内的泡沫层的泡沫孔径；电极壳的顶端的正对中间空腔的位置设有进气口，电极壳的顶端的正对两侧空腔的位置设有进水口。
进一步，每个电极中，两侧空腔内的泡沫层的材质为泡沫镍。
进一步，所述疏水层的制备方法包括：
按照每升特氟龙分散乳液中加入5～30g的活性炭粉的比例，将活性炭粉加入特氟龙分散乳液中，到混合分散液；
将所述混合分散液通过喷涂的方法覆盖到所述泡沫层表面，干燥即可制得所述疏水层。
进一步，每个电极中，中间空腔内的泡沫层的泡沫孔径的取值区间为[1,3]，单位为mm；两侧空腔内的泡沫层的泡沫孔径的取值区间为(3,5]，单位为mm。
进一步，所述隔片为表面固定有催化剂的不锈钢板。
进一步，所述催化剂包括氧化铅、氧化钛、氧化铁和氧化锰中的至少一种。
进一步，所述气孔的孔径的取值区间为[0.2,1)，单位为mm。
进一步，所述电极壳的垂直于多个电极排列方向的侧面开设有多个通孔。
进一步为了方便排出反应箱体内的水，所述反应箱体配置有出水口。
采用上述技术方案后，本发明的增强氧气利用的电催化氧化反应器经过多路进水和多路进气，可以大大促进氧气的利用率，不仅仅可以利用溶解态的氧气，而且可以利用气态氧气；电极在应用中大大促进了气液之间的传质效果，既促进氧气溶解，又促进污染物和自由基及其他氧化物接触；电极中的疏水层粘附的气泡可以促进产生氧负离子，促进催化降解的效率。
附图说明
图1为本发明实施例中的增强氧气利用的电催化氧化反应器的结构示意图；
图2为本发明实施例中的电极的结构示意图；
图3为本发明实施例中的电极的剖视图；
图4为图3的A部放大图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1、2、3、4所示，一种增强氧气利用的电催化氧化反应器，包括反应箱体1及多个并列间隔设于所述反应箱体1内的电极2，所述电极2包括电极壳21及沿多个电极2的排列方向并列设置在所述电极壳21内的两个由导电材料制成的隔片23，两个隔片23将所述电极壳21内分为三个空腔，中间的空腔内的下端部和两侧的空腔内分别填充有泡沫层22，中间的空腔内的上端部设置有在上下方向延伸并用于接高压负极的芒刺线24，所述隔片23的正对芒刺线24的位置通过绝缘衬片25连接有用于连接高压正极的电极片26；其中，每个电极2中：
中间空腔内的泡沫层22的材质为塑料绝缘材质，两侧空腔内的泡沫层22的表面覆有疏水层，可导电，中间空腔内的泡沫层22的泡沫孔径小于两侧空腔内的泡沫层22的泡沫孔径；所述隔片23的错开芒刺线24的部位设有多个气孔，所述气孔的孔径小于中间空腔内的泡沫层22的泡沫孔径；电极壳21的顶端的正对中间空腔的位置设有进气口211，电极壳21的顶端的正对两侧空腔的位置设有进水口212，电极壳21的垂直于多个电极2排列方向的侧面开设有多个通孔213。
在本实施例中，所述电极壳21为长方体结构，所述电极壳21的材料为绝缘材料。其中，垂直于多个电极2排列方向的两个侧面为面积较大的侧面，其它四个侧面为面积较小的侧面，具体如图2所示。
在本实施例中，每个电极2中，两侧空腔内的泡沫层22的材质为泡沫镍，所述疏水层的制备方法包括：
按照每升特氟龙分散乳液中加入5～30g的活性炭粉的比例，将活性炭粉加入特氟龙分散乳液中，到混合分散液；
将所述混合分散液通过喷涂的方法覆盖到所述泡沫层22表面，干燥即可制得所述疏水层。
其中，所述特氟龙分散乳液为市售质量浓度为60％的特氟龙分散乳液，所述活性炭粉优选粒径为40～100目的活性炭粉，干燥温度为80℃，活性炭粉的作用是增强疏水层表面的导电性，使疏水层在具有疏水特性的同时，还能导电。
在本实施例中，每个电极2中，中间空腔内的泡沫层22的泡沫孔径的取值区间为[1,3]，单位为mm；两侧空腔内的泡沫层22的泡沫孔径的取值区间为(3,5]，单位为mm；所述气孔的孔径的取值区间为[0.2,1)，单位为mm；所述通孔的孔径的取值区间为[1,3]，单位为cm。
在本实施例中，所述隔片23为表面固定有催化剂的不锈钢板，所述隔片23与电极壳2的由金属导体材料所制成的四个侧面均接触，所述催化剂包括氧化铅、氧化钛、氧化铁和氧化锰中的至少一种。催化剂可以为对有机物降解起到催化作用。
如图1所示，为了方便排出反应箱体1内的水，所述反应箱体1配置有出水口11。
如图1所示，增强氧气利用的电催化氧化反应器还包括进气总管3和进水总管4，所述进气总管3通过进气支管连通各个进气口211，所述进水总管4通过进水支管连通各个进水口212。
下面对上述实施例所涉及的增强氧气利用的电催化氧化反应器的具体工作过程做详细介绍。
其中，将位于电极壳21的中间空腔内的泡沫层22记为细泡沫层，将位于电极壳22的两侧空腔内的泡沫层22记为粗泡沫层。
操作时，接通电极2，电源为直流电源，电压为30-36V，各个电极2间隔接电源的正负极，即从最左边开始分别形成阳极-阴极-阳极，直流电源是与电极2的隔片23电性连接，两侧的泡沫层22导电，可以增加整个电极2的面积。将电极片26接高压正极，芒刺线24接高压负极，电极片26和芒刺线24配对，高压的电压范围为20-40kV。待处理的废水从进水口212进入电极2内两侧的粗泡沫层，空气从进气口211鼓入进入电极2中间的细泡沫层，然后从隔片23的气孔扩散到两侧的粗泡沫层，并与从粗泡沫层顶端流下的水接触，在电场的作用下反应，有机物降解。
主要工作原理：本实施例的电极2和传统的板式电极有很大的区别，本实施例采用的电极为多层设计，中间一层设置有芒刺线24和填充有细泡沫层，以芒刺线24作为放电装置，空气从外面首先进入放电装置，气体经过电场时，氧气等气体分子和芒刺线24放出的电晕碰撞，氧气分子带上电，氧气带上电之后，形成氧负离子，气流再经过细泡沫层切割后，和隔片23外的水接触，氧负离子与水接触后可以比较容易与水结合而溶到水中，未溶于水的部分形成细小气泡，细小气泡再和粗泡沫层接触，使电极2成为一个气液充分混合并产生氧负离子的场所。由于粗泡沫层表面疏水，细小气泡流经粗泡沫层时会和疏水的粗泡沫层粘结而滞留，一方面，增加水流和气流之间的摩擦力，使更多的氧气在摩擦时被溶解到待处理废水中，在液相中参与氧化反应，使污染物可以迅速被氧化；另一方面，水流将气泡从电极壳21上的通孔213带出时，气泡和通孔213摩擦，使气泡表面的氧气和电极2表面的电子结合，形成负氧离子，对水中的有机污染物进行降解，在同等的电力消耗下，去除效率有了很大的提高。有机污染物在被电解催化的同时，还被负氧离子氧化，形成双重氧化过程。另外，随着气泡被带入反应箱体1内，气泡在上升过程中对被处理的水进行搅动，促进了水体的搅动。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种增强氧气利用的电催化氧化反应器，其特征在于，
包括反应箱体（1）及多个并列间隔设于所述反应箱体（1）内的电极（2），所述电极（2）包括电极壳（21）及沿多个电极（2）的排列方向并列设置在所述电极壳（21）内的两个由导电材料制成的隔片（23），两个隔片（23）将所述电极壳（21）内分为三个空腔，中间的空腔内的下端部和两侧的空腔内分别填充有泡沫层（22），中间的空腔内的上端部设置有在上下方向延伸并用于接高压负极的芒刺线（24），所述隔片（23）的正对芒刺线（24）的位置通过绝缘衬片（25）连接有用于连接高压正极的电极片（26）；其中，所述隔片（23）为表面固定有催化剂的不锈钢板，所述电极壳（21）的垂直于多个电极（2）排列方向的侧面开设有多个通孔（213），各个电极（2）间隔连接直流电源的正负极，直流电源是与电极（2）的隔片（23）电性连接，每个电极（2）中：
中间空腔内的泡沫层（22）的材质为塑料绝缘材质，两侧空腔内的泡沫层（22）的表面覆有疏水层，可导电，中间空腔内的泡沫层（22）的泡沫孔径小于两侧空腔内的泡沫层（22）的泡沫孔径；所述隔片（23）的错开芒刺线（24）的部位设有多个气孔，所述气孔的孔径小于中间空腔内的泡沫层（22）的泡沫孔径；电极壳（21）的顶端的正对中间空腔的位置设有进气口（211），电极壳（21）的顶端的正对两侧空腔的位置设有进水口（212）。
2.根据权利要求1所述的增强氧气利用的电催化氧化反应器，其特征在于，
每个电极（2）中，两侧空腔内的泡沫层（22）的材质为泡沫镍。
3.根据权利要求1所述的增强氧气利用的电催化氧化反应器，其特征在于，
所述疏水层的制备方法包括：
按照每升特氟龙分散乳液中加入5~30g的活性炭粉的比例，将活性炭粉加入特氟龙分散乳液中，到混合分散液；
将所述混合分散液通过喷涂的方法覆盖到所述泡沫层（22）表面，干燥即可制得所述疏水层。
4.根据权利要求1所述的增强氧气利用的电催化氧化反应器，其特征在于，
每个电极（2）中，中间空腔内的泡沫层（22）的泡沫孔径的取值区间为[1,3]，单位为mm；两侧空腔内的泡沫层（22）的泡沫孔径的取值区间为(3,5]，单位为mm。
5.根据权利要求1所述的增强氧气利用的电催化氧化反应器，其特征在于，
所述气孔的孔径的取值区间为[0.2,1)，单位为mm。
6.根据权利要求1所述的增强氧气利用的电催化氧化反应器，其特征在于，
所述催化剂包括氧化铅、氧化钛、氧化铁和氧化锰中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的增强氧气利用的电催化氧化反应器，其特征在于，
所述反应箱体（1）配置有出水口（11）。
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