CN207294276U - 一种化学反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种化学反应器，包括了由有机玻璃制成的圆柱状容器，所述容器顶部敞口，在所述容器中形成有反应腔，在所述反应腔的腔底设置有固态电极，在所述固态电极上方填充有电解液，在所述反应腔中还插接着由环状不锈钢网围成的阴极，所述阴极的顶部延伸在所述敞口的上方，在所述阴极的中心插接着呈柱状的由钛基镀铱制成的阳极。
Description
技术领域
本实用新型主要涉及化工技术领域，特别是涉及一种化学反应器。
背景技术
三维电极电催化法是在电场作用下，电解质溶液从体系中的阳极或粒子电极表面得失电子产生臭氧、羟基自由基、活性氯等强氧化剂，从而将废水中的有机物氧化分解，属于高级氧化技术的一种。其中，粒子电极矿化降解有机物包括以下两个过程。①吸附/电吸附：首先粒子电极多为多孔材料，具有很高的吸附特性；其次粒子电极在外加电压下带电荷，产生静电吸附作用，加强了对污染物的吸附，有利于下一步的催化氧化降解。②氧化/催化降解：粒子电极复极化后形成的微小电化学系统缩短了有机污染物的迁移路程，可以在粒子电极两端同时进行反应，阳极发生氧化反应，阴极析氢利于断键，从而加速电催化速度。在吸附-电催化这个循环过程中粒子电极不会很快达到饱和吸附，有机物经催化分解为小分子后可以从粒子电极表面解吸出来，使得有机物持续降解，最后达到矿化。由于羟基自由基氧化能力强，适合对各种难降解有机物的结构进行氧化破坏，因此在处理难降解污染物方面得到了广泛的关注；除此之外，三维电催化氧化还具有反应条件温和、不需要额外投加催化剂、适用于含盐量大的废水、没有二次污染产生、设备相对简单、电极有效面积大，有更大的传质速度和反应速度等优点。目前，三维电极电催化氧化技术在染料废水、农药废水、制药废水等工业模拟废水的处理中均取得良好的处理效果。然而，三维电催化技术存在电耗过大的问题，严重限制了它的发展。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型旨在提供一种能大幅降低三维电催化技术能耗、提升反应效率的化学反应器。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案：
一种化学反应器，包括了由有机玻璃制成的圆柱状容器，所述容器顶部敞口，在所述容器中形成有反应腔，在所述反应腔的腔底设置有固态电极，在所述固态电极上方填充有电解液，在所述反应腔中还插接着由环状不锈钢网围成的阴极，所述阴极的顶部延伸在所述敞口的上方，在所述阴极的中心插接着呈柱状的由钛基镀铱制成的阳极。
作为本实用新型的优选，所述固态电极为Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC等材料混合制成的粒子电极。
作为本实用新型的具体技术方案，所述电解液采用0.1mol/L的NaCl溶液。
作为本实用新型的改进，所述容器内径为8cm，容积为500mL。
作为本实用新型的进一步改进，所述阳极与阴极的电压差为9.9V，阳极与阴极之间的间距4.2cm，粒子电极填充比例为60%。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：改进后的电极型式一
方面使整个反应器的电流更大且更均匀稳定，有利于粒子电极的极化和反应器的传质，保证了电催化反应的稳定进行；另一方面，增加了阴极比表面积，提高了电极的有效面积，增加了反应体系中H2O2的产量，促进了苯并噻唑的氧化分解，从而提高了电流矿化的效率以及降低了能耗。
附图说明
图1为本实用新型实施例中化学反应器的结构示意图；
图2为图1中TOC去除率随时间的变化趋势图；
图3为图1中矿化电流效率及能耗随时间的变化趋势图。
具体实施方式
参照附图对本实用新型中化学反应器的实施例做进一步说明。
如附图所示，本实施例为一种化学反应器，主要用于净化工业污水和市政污水中的苯并噻唑（BTH）。苯并噻唑（BTH）是一种具有硫磺或者橡胶气味的黄色液体，被用于化学物质生产和日常生活中的多个领域。如作为橡胶促进剂的前体物质、化工行业的中间体、纸浆工业的杀菌剂，也用于除草剂、抗生素的生产等行业。由于BTH在各行各业中的生产应用，使得这类污染物在环境中广泛存在，在工业污水和市政污水中均有检出，浓度范围分别为29.6～110mg/L和1.9～6.7g/L。目前已有报道，苯并噻唑是一种呼吸道刺激物和皮肤敏化剂，具有一定的急性毒性；在其新陈代谢过程中会产生致癌致突变的衍生物，如芳香族羟胺。BTH难溶于水，挥发性相对较低，在自然界中持久性强、难被生物降解。以上的特点导致常规的污水处理方法处理该难降解物已难以满足技术经济要求，KLOEPFER等调查得到市政污水对BTH 的去除率只达到5%～28%。针对于此，在专用化学反应器中采用如背景技术中提及的三维电极电催化法是目前较为有效的去除BTH的方法。
在本实施例中，化学反应器包括了由有机玻璃制成的圆柱状容器1，该容器内径为8cm，容积为500mL。该容器的顶部形成有敞口，在容器中形成有反应腔，在反应腔的腔底设置有固态电极2，该固态电极为Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC等材料混合制成的粒子电极，其具体的制作流程如下：以2～4mm的颗粒活性炭为粒子电极载体，用溶液浸渍法进行粒子电极表面含Fe催化剂的负载。粒子电极制备过程包括以下两个阶段。①活性炭预处理：将商业活性炭用摇床于60℃下震荡清洗6h，超声清洗20min，放置于鼓风干燥箱中在105℃下干燥12h；②粒子电极制备：配置0.74mol/L的Fe(NO3)3溶液为浸渍液，称取12g经预处理后的活性炭颗粒浸泡18h，滤去溶液，将饱和吸附后的活性炭置于鼓风干燥箱中在105℃下干燥 2.5h，最后将干燥后的活性炭置于马弗炉中在380℃下焙烧4h，冷却后即得改性粒子电极Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC。
在固态电极上方填充有电解液，所述电解液采用0.1mol/L的NaCl溶液3。在反应腔中还插接着由环状不锈钢网围成的阴极4，所述阴极的顶部延伸在所述敞口的上方，在阴极的中心插接着呈柱状的由钛基镀铱制成的阳极5。阳极与阴极的电压差为9.9V，阳极与阴极之间的间距4.2cm，粒子电极填充比例为60%。
影响三维电催化体系效率的一个重要因素是电极排布型式，不同的电极排布型式会极大地影响电催化体系的效率与能耗，这会直接影响处理成本，是该技术是否可以应用于实际工程的重要因素。传统的电化学反应器多采用阴阳极相对的型式，即阳极和阴极均为柱状体，两者相互间隔且正对。为提高反应体系的整体效率，本实施例考虑采用环状不锈钢网作阴极，形成阳极为中心、阴极环绕阳极的型式，如附图所示。将上述两种不同电极排布方式在外加电压为 5V、电极间
距为4cm、粒子电极填充比为60%、电解质为0.1mol/L的 NaCl、苯并噻唑的初始浓度为100mg/L的条件下反应2h，通过对反应体系的 TOC去除率、电流矿化效率以及能耗进行比较，考察两种电极型式对处理效果的影响。
实验结果如图2和图3所示，当反应时间达到2h时，传统电极型式的 TOCC去除率达到 35%，矿化电流效率 MCEC从38%随着反应的进行降低到27%，最高能耗ECC为 19.604kW·h/(kgCOD)；而改进的电极型式 TOCM去除率达到43.3%，各点的矿化电流效率MCEM均高于MCEC，能耗 ECM均小于ECC。说明改进后的电极型式有利于反应体系电催化效率的提高。这是由于，改进后的电极型式一方面使整个反应器的电流更大且更均匀稳定，有利于粒子电极的极化和反应器的传质，保证了电催化反应的稳定进行；另一方面，增加了阴极比表面积，提高了电极的有效面积，增加了反应体系中H2O2的产量，促进了苯并噻唑的氧化分解，从而提高了TOC去除率、电流矿化效率与能耗。
以上所述使本实用新型的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种化学反应器，其特征在于：包括了由有机玻璃制成的圆柱状容器，所述容器顶部敞口，在所述容器中形成有反应腔，在所述反应腔的腔底设置有固态电极，在所述固态电极上方填充有电解液，在所述反应腔中还插接着由环状不锈钢网围成的阴极，所述阴极的顶部延伸在所述敞口的上方，在所述阴极的中心插接着呈柱状的由钛基镀铱制成的阳极。
2.根据权利要求1所述的化学反应器，其特征在于：所述固态电极为Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC材料混合制成的粒子电极。
3.根据权利要求1所述的化学反应器，其特征在于：所述电解液采用0.1mol/L的NaCl溶液。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的化学反应器，其特征在于：所述容器内径为8cm，容积为500mL。
5.根据权利要求4所述的化学反应器，其特征在于：所述阳极与阴极的电压差为9.9V，阳极与阴极之间的间距4.2cm，粒子电极填充比例为60%。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111072097A (zh) * | 2019-10-10 | 2020-04-28 | 北京北控京仪环保科技有限公司 | 一种高效去除含氯废水中有机物的处理装置及方法 |
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2017
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| CN111072097A (zh) * | 2019-10-10 | 2020-04-28 | 北京北控京仪环保科技有限公司 | 一种高效去除含氯废水中有机物的处理装置及方法 |
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