CN1966421A - 光电化学协同催化氧化反应的废水处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光电化学协同催化氧化反应的废水处理方法及装置。以Ti为基底的TiO2薄膜电极为阳极,石墨电极为阴极,甘汞电极为参比电极,并采用紫外线灯对阴阳两极进行照射,形成一个光电化学催化反应器;在电场和紫外线的作用下,使阳极在发生光电催化对阳极槽中的有机物进行催化降解的同时,也使石墨阴极上产生H2O2并在紫外光作用下,从而使阴极槽和阳极槽溶液中的污染物均被得到降解。本发明在阴极重新构建了紫外光UV/H2O2体系,使其在原来仅有阳极光电催化降解的基础上,使阴极发生UV/H2O2光化学催化反应降解有机物,大大提高了对难降解有机物的催化降解效率。

Description

光电化学协同催化氧化反应的废水处理方法及装置
技术领域
本发明涉及废水处理装置,尤其是光电化学协同催化氧化的反应装置。
背景技术
随着经济的快速发展,大量工业废水和生活污水未经处理直接排放,使水污染问题日益严重。尤其是水中持久性的有毒难降解有机污染物,多数具有致癌、致畸、致突变效应,易在生物体内富集并通过食物链放大,最终危害人体健康。因此,研究开发新的处理技术和工艺,对于保护水环境,促进经济、社会和环境的可持续发展,具有重要的意义。
采用性能优异的TiO2对有毒难降解有机污染物进行催化降解,已经成为环境污染控制研究中的热点。其中,通过向紫外光照射的TiO2/Ti薄膜电极施加阳极偏压,减少电子-空穴对的复合几率,研究具有较高光催化效率的光电催化受到关注【1,2】。因为采用负载型的TiO2/Ti薄膜作为光电催化材料,不仅避免了粉末状TiO2难以回收的缺陷,也提高了普通负载型TiO2光催化效率低的问题。但目前的文献报道中均采用Pt等惰性电极作为阴极(辅助电极或对电极),该电极除作为辅助电极外,未对反应器中有机物的降解产生作用。为进一步提高光电催化效率,使反应器的阴、阳两极均对有机物的催化降解发挥作用,文献【3】采用具有较高析氢电位的石墨电极作阴极,还原阴极槽溶液中的溶解氧生成H2O2,并与Fe2+组成电Fenton体系对阴极槽溶液中的有机物污染物进行氧化降解,从而使阳极和阴极同时对有机物进行催化降解,大大提高了反应器对有机物的催化降解效率。然而,由于溶液中Fe2+的存在,水处理后需要对铁离子的水解沉淀进行分离,且电Fenton体系对pH有较强的依赖性等问题。
参考文献:【1】曹长春,蒋展鹏,余刚等.TiO2薄膜光电协同催化氧化降解活性艳红.环境科学,2002,23(6):108~110。
【2】刘鸿,冷文华,吴合进等.光电催化降解磺基水杨酸的研究.催化学报,2000,21(3):209。
【3】李明玉,熊林,陈芸芸等.光/电/化学催化降解水中酸性大红3R染料的研究.中国科学,B辑,2005,35(2):144~150。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足之处,提供一种新型的光电化学协同催化氧化反应的废水处理方法及装置,使阴、阳两极槽均可对有机物进行催化降解,有效地提高废水处理的效率。
为达上述目的,本发明的光电化学协同催化氧化反应的废水处理方法如下:由阳极、阳极槽、石墨阴极、阴极槽、参比电极、盐桥构成反应器,并采用紫外线灯对阴阳两极同时进行照射,形成一个新型的光电化学催化反应器;在电场和紫外线的作用下,使阳极在发生光电催化对阳极槽中的有机物进行催化降解的同时,也使石墨阴极上产生H2O2并在紫外光作用下,在阴极构建了“紫外光-H2O2”催化氧化体系对有机物进行催化降解,从而使阴极槽和阳极槽溶液中的污染物均被得到降解。
作为优选方案,所述阴极电位为Ec=-0.5V~-0.8V,阳极电位为Ec=0.3V~1.0V。
所述阴、阳两极槽中的污染物为可被氧化降解的有机污染物。
废水处理过程中,在阴极槽鼓入空气,同时对阳极槽中的溶液也进行搅拌,可起到增加溶解氧及促进催化氧化反应的作用。
本发明的光电化学协同催化氧化反应的废水处理装置包括阴极、阴极槽和阳极、阳极槽,参比电极可根据需要分别置于阴极或阳极,两电极槽之间通过盐桥连接;其特征是以石墨电极为阴极。
作为优选方案,以Ti为基底的TiO2薄膜电极为阳极,甘汞电极作为参比电极。
为了使阴、阳两极能被紫外光照射,装置还带有能同时照射到阴极槽和阳极的高压汞灯。高压汞灯可装在两极槽之间或两极槽的中部上方。
为了在处理过程中鼓入空气以促进催化氧化反应,所述阴极槽的底部与气泵的排风管相连通;所述阳极槽底部装有搅拌器。
本发明采用具有较高析氢电位的石墨电极作阴极,还原阴极槽溶液中的溶解氧生成H2O2,并使H2O2在紫外光的激活下生成强氧化性的羟基自由基,在阴极重新构建了紫外光UV/H2O2体系,使其在原来仅有阳极光电催化降解的基础上,使阴极发生UV/H2O2光化学催化反应降解有机物,大大提高了反应器对难降解有机物的催化降解效率;阴阳两极同时降解有机物,实现了“双槽双效”,与文献【1~3】中所述反应器相比,均提高了对有机物的降解效率;本发明能对多种可溶性难降解有机物和其它可被氧化降解的污染物进行去除,具有普遍适用性。
附图说明
图1是本发明光电化学协同催化氧化反应的废水处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
实施例1:如图1所示,本发明的废水处理装置由阳极槽1、阳极2、阴极槽3、阴极4、参比电极5、盐桥6、恒电位仪7、高压汞灯8、搅拌器9、气泵10等组成。阴极4为石墨电极,阳极2为以Ti为基底的TiO2薄膜电极,参比电极5为甘汞电极,三电极2、4、5与恒电位仪7相连接,两极槽1、3之间通过盐桥6连接。在两极槽1、3之间装有一个高压汞灯8,能同时照射到阴、阳两极2、4。在阳极槽1的底部,装有一个磁力搅拌器9。在阴极槽3外,设有一个气泵10,气泵10的排气管伸入阴极槽3内。
发明人在上述装置中,对含甲基橙染料的废水进行了催化氧化降解处理。用本发明的装置对色度为250度含甲基橙污染物的废水进行处理时,当阴极4电位为Ec=-0.6V、阴极槽3中废水初始pH=3.0~5.0,阳极槽1中废水未调整PH时,催化氧化反应时间为60min,阴极槽3和阳极槽1中各200mL的废水的降解脱色率可以分别达到98.3%和80.3%。与仅有TiO2/Ti薄膜阳极(即光电催化)对阳极槽中的200mL废水催化降解率为75%相比,本发明对有机物的催化氧化降解效率得到显著提高。
实施例2:装置同实施例1。
用本发明的装置对色度为300度含活性艳红X-3B污染物的废水进行处理时,当阴极电位为Ec=-0.6V、阴极槽中溶液初始pH=3.0~5.0,阳极槽中废水未调整PH时,催化氧化反应为60min,阴极槽和阳极槽中各200mL的废水的降解脱色率可以分别达到99.5%和83.8%。与仅有TiO2/Ti薄膜阳极(即光电催化)对阳极槽中的200mL废水催化降解率为78%相比,本发明对有机物的催化氧化降解效率得到显著提高。
实施例3:
装置同实施例1。
用本发明的装置对含苯胺浓度为50mg/L的废水进行处理时,当阴极电位为Ec=-0.6V、阴极槽中溶液初始pH=3.0~5.0,阳极槽中废水未调整PH时,催化氧化反应为60min,阴极槽和阳极槽中各200mL的废水的降解率可以分别达到96.5%和74.5%。与仅有TiO2/Ti薄膜阳极(即光电催化)对阳极槽中的200mL废水催化降解率为70.5%相比,本发明对有机物的催化氧化降解效率得到显著提高。

Claims (9)

1.一种光电化学协同催化氧化反应的废水处理方法,由阴极、阴极槽、阳极、阳极槽、参比电极以及盐桥构成反应器,其特征在于:以石墨电极为阴极,并采用紫外线灯对阴阳两极进行照射,形成一个光电化学催化反应器;在电场和紫外线的作用下,使阳极在发生光电催化对阳极槽中的有机物进行催化降解的同时,也使石墨阴极上产生H2O2并在紫外光作用下,在阴极构建了“紫外光-H2O2”催化氧化体系对阴极槽溶液中的有机物进行催化降解,从而使阴极槽和阳极槽溶液中的污染物均被得到降解。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述阴、阳两极槽中的污染物为可被氧化降解的有机污染物。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述阴极电位为Ec=-0.5V~-0.8V,阳极电位为Ec=0.3V~1.0V。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:废水处理过程中,在阴极槽鼓入空气,同时对阳极槽中的溶液也进行搅拌。
5.一种光电化学协同催化氧化反应的废水处理装置,包括阴极、阴极槽和阳极、阳极槽,参比电极置于阴极槽或阳极槽中,两电极槽之间通过盐桥连接;其特征在于:以石墨电极为阴极。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于:以Ti为基底的TiO2薄膜电极为阳极,甘汞电极作为参比电极。
7.根据权利要求5所述的装置,其特征在于:所述装置还带有能同时照射到阴极和阳极的高压汞灯。
8.根据权利要求5所述的装置,其特征在于:所述阴极槽的底部与鼓风机的排风管相连通。
9.根据权利要求5所述的装置,其特征在于:所述阳极槽底部装有搅拌器。
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