JP2022536472A - 促進酸化プロセスのための電気化学的に活性化された過硫酸塩 - Google Patents
促進酸化プロセスのための電気化学的に活性化された過硫酸塩 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022536472A JP2022536472A JP2021572037A JP2021572037A JP2022536472A JP 2022536472 A JP2022536472 A JP 2022536472A JP 2021572037 A JP2021572037 A JP 2021572037A JP 2021572037 A JP2021572037 A JP 2021572037A JP 2022536472 A JP2022536472 A JP 2022536472A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- electrochemical cell
- persulfate
- water source
- contaminant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L persulfate group Chemical class S(=O)(=O)([O-])OOS(=O)(=O)[O-] JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 130
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 118
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 20
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims description 16
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 363
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims abstract description 70
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 66
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000009420 retrofitting Methods 0.000 claims abstract description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 23
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 19
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 13
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 claims description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 claims description 12
- LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-difluorophenoxy)pyridin-3-amine Chemical compound NC1=CC=CN=C1OC1=CC=C(F)C=C1F LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Substances [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 5
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 3
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 description 34
- QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 3-nitrobicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid Chemical compound C1C2C=CC1C(C(=O)O)C2(C(O)=O)[N+]([O-])=O QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 32
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 20
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 20
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 19
- SNGREZUHAYWORS-UHFFFAOYSA-N perfluorooctanoic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F SNGREZUHAYWORS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- NSPMIYGKQJPBQR-UHFFFAOYSA-N 4H-1,2,4-triazole Chemical compound C=1N=CNN=1 NSPMIYGKQJPBQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 10
- -1 persulfate radicals Chemical class 0.000 description 10
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- XQAXGZLFSSPBMK-UHFFFAOYSA-M [7-(dimethylamino)phenothiazin-3-ylidene]-dimethylazanium;chloride;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Cl-].C1=CC(=[N+](C)C)C=C2SC3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 XQAXGZLFSSPBMK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- VAZSKTXWXKYQJF-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)OOS([O-])=O VAZSKTXWXKYQJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 4
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 4
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N iridium(IV) oxide Inorganic materials O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 241000894007 species Species 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 2
- 150000000178 1,2,4-triazoles Chemical class 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004882 Na2S2O8 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004224 UV/Vis absorption spectrophotometry Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 231100000693 bioaccumulation Toxicity 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010349 cathodic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- CRQQGFGUEAVUIL-UHFFFAOYSA-N chlorothalonil Chemical compound ClC1=C(Cl)C(C#N)=C(Cl)C(C#N)=C1Cl CRQQGFGUEAVUIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000598 endocrine disruptor Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000002509 fulvic acid Substances 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 125000005010 perfluoroalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002688 persistence Effects 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- ABBQGOCHXSPKHJ-WUKNDPDISA-N prontosil Chemical compound NC1=CC(N)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S(N)(=O)=O)C=C1 ABBQGOCHXSPKHJ-WUKNDPDISA-N 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
- C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/66—Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
- C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
- C02F2001/46142—Catalytic coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/301—Detergents, surfactants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/34—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32
- C02F2103/343—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from the pharmaceutical industry, e.g. containing antibiotics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/34—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32
- C02F2103/346—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from semiconductor processing, e.g. waste water from polishing of wafers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
- C02F2201/461—Electrolysis apparatus
- C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
- C02F2201/4612—Controlling or monitoring
- C02F2201/46125—Electrical variables
- C02F2201/46135—Voltage
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
- C02F2201/461—Electrolysis apparatus
- C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
- C02F2201/4612—Controlling or monitoring
- C02F2201/46125—Electrical variables
- C02F2201/4614—Current
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
- C02F2201/461—Electrolysis apparatus
- C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
- C02F2201/4612—Controlling or monitoring
- C02F2201/46145—Fluid flow
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
- C02F2201/461—Electrolysis apparatus
- C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
- C02F2201/4618—Supplying or removing reactants or electrolyte
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/001—Upstream control, i.e. monitoring for predictive control
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/05—Conductivity or salinity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/06—Controlling or monitoring parameters in water treatment pH
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/08—Chemical Oxygen Demand [COD]; Biological Oxygen Demand [BOD]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
本発明は、水処理システムを開示する。本システムは、入口および出口ならびに過硫酸塩遊離基の電気化学的生成のための触媒材料を含むカソードおよびアノードを有する電気化学セルと、電気化学セルの上流に位置する過硫酸塩の供給源と、電気化学セルの上流に位置する第1の汚染物質濃度センサーと、少なくとも第1の汚染物質濃度センサーから1つ以上の入力信号を受信するように操作可能に連結されたコントローラーと、を含む。本明細書に開示される電気化学セルを使用して水を処理する方法を開示する。本明細書に開示される電気化学セルを準備することによって水処理を容易にする方法を開示する。本明細書に開示される電気化学セルを準備することによってAOPを有する水処理システムを改装する方法を開示する。
Description
本出願は、2019年6月19日に出願された“Electro Activated Persulfate Process using a Copper Catalyst for Advanced Oxidation”と題する米国仮特許出願第62/863,459号に基づく優先権を、米国特許法第119条(e)の下で主張し、その開示全体は、全ての目的のためにその全体が参照によって本明細書に援用される。
本明細書に開示される態様および実施形態は、概して、水から有機化合物を除去するための促進酸化プロセスの分野に関する。
一態様では、水を処理するためのシステムが提供される。そのシステムは、入口および出口を有する電気化学セルであって、電気化学セルの入口が少なくとも1つの汚染物質を含む水源に流体接続可能である電気化学セルと、電気化学セルの上流に位置し、水源に流体接続可能な過硫酸塩の供給源と、電気化学セルの上流に位置し、かつ水源に流体接続可能な第1の汚染物質濃度センサーと、少なくとも第1の汚染物質濃度センサーから1つ以上の入力信号を受信するように操作可能に連結されたコントローラーと、を備え得る。電気化学セルは、過硫酸塩遊離基の電気化学的生成のための触媒材料を含むカソードと、アノードとを備え得る。コントローラーは、1つ以上の入力信号に基づいて、少なくとも水源からの水の導入速度、水源への過硫酸塩の導入速度および電気化学セルに印加される電位を調節する制御信号を生成するように操作可能であり得る。
いくつかの実施形態では、第1の汚染物質濃度センサーは、有機汚染物質濃度センサーを備える。
いくつかの実施形態では、過硫酸塩は、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムおよび過硫酸ナトリウムのうちの少なくとも1つを含む。いくつかの実施形態では、カソード触媒材料は、鉄、銅、ニッケル、コバルトおよび金属合金からなる群から選択される金属を含む。特定の実施形態では、カソード材料は、銅を含む。いくつかの実施形態では、アノードは、白金、マグネリ相酸化チタン、混合金属酸化物(MMO)コーティング寸法安定性アノード(DSA)材料、グラファイト、ホウ素ドープダイヤモンド(BDD)または鉛/鉛酸化物のうちの1つを含む。
さらなる実施形態では、システムは、電気化学セルの上流に位置し、かつ水源に流体接続可能な第1の水流センサーを備え得る。コントローラーは、第1の水流センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも水源からの水の導入速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。
さらなる実施形態では、システムは、電気化学セルに連結された電流センサーを備え得る。コントローラーは、電流センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも電気化学セルに印加される電位を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。
さらなる実施形態では、システムは、水源に流体接続可能な過硫酸塩濃度センサーを備え得る。コントローラーは、過硫酸塩濃度センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、水源への少なくとも過硫酸塩の導入の速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。
さらなる実施形態では、システムは、電気化学セルの下流に位置する第2の水流センサーを備え得る。コントローラーは、第2の水流センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも水源からの水の導入速度、水源への過硫酸塩の導入速度および電気化学セルに印加される電位を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。
さらなる実施形態では、システムは、電気化学セルの出口の下流に位置し、かつ電気化学セルの出口に流体接続可能な第2の汚染物質濃度センサーを備え得る。コントローラーは、第2の汚染物質濃度センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも水源からの水の導入速度、水源への過硫酸塩の導入速度および電気化学セルに印加される電位を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。
さらなる実施形態では、システムは、電気化学セルの上流に位置し、かつ水源に流体接続可能な第1のpHセンサーを備え得る。特定の実施形態では、システムは、電気化学セルの上流に位置し、かつ水源に流体接続可能な第1のpH調整ユニットを含む。第1のpH調整ユニットは、水源のpHを7未満のpHに調整するように構成される。コントローラーは、第1のpHセンサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、pH調整剤が第1のpH調整ユニットから水源に導入される速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。さらなる実施形態では、システムは、電気化学セルの出口の下流に位置する第2のpHセンサーおよび第2のpH調整ユニットを含み得る。
さらなる実施形態では、システムは、電気化学セルの上流に位置し、かつ水源に流体接続可能な導電率センサーを備え得る。特定の実施形態では、システムは、電気化学セルに流体接続可能な導電率調整ユニットを含む。コントローラーは、導電率センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、導電率調整剤が導電率調整ユニットから水源に導入される速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、参照電極をさらに含む。
いくつかの実施形態では、システムは、複数の電気化学セルを含む。
さらなる実施形態では、システムは、電気化学セルの下流に位置し、かつ電気化学セルの出口に流体接続可能な処理容器を含む。
別の態様では、水を処理する方法が提供される。この方法は、少なくとも1つの汚染物質を含む水源からの水を準備することを含み得る。この方法は、水源からの水中の少なくとも1つの汚染物質の濃度を測定することをさらに含み得る。この方法は、水中の少なくとも1つの汚染物質の少なくとも測定濃度を表す信号に基づく濃度で過硫酸塩を水に導入して第1の処理水を生成することをさらに含み得る。この方法は、第1の処理水を電気化学セルの入口に導入することをさらに含み得る。この方法は、触媒材料を含む電極で電気化学セル内の過硫酸塩から過硫酸塩遊離基を電気化学的に生成して、第2の処理水を生成することをさらに含み得る。
さらなる実施形態では、この方法は、第2の処理水中の少なくとも1つの汚染物質の測定濃度から生成される少なくとも信号に基づいて、水に導入される過硫酸塩の濃度を調整することを含む。
さらなる実施形態では、この方法は、第2の処理水中の少なくとも1つの汚染物質の測定濃度から生成される少なくとも信号に基づいて、電気化学セルに印加される電位を調整することを含む。
さらなる実施形態では、この方法は、第2の処理水中の少なくとも1つの汚染物質の測定濃度から生成される少なくとも信号に基づいて、水源からの水の導入速度を調整することを含む。
いくつかの実施形態では、過硫酸塩は、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウムおよび過硫酸カリウムのうちの少なくとも1つを含む。いくつかの実施形態では、過硫酸塩遊離基は、電気化学セル内のカソードで生成される。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの汚染物質は、有機汚染物質を含む。
さらなる実施形態では、この方法は、水源からの水にpH調整剤を導入することを含む。pH調整剤は、水源からの水のpHを7未満の値に調整し得る。さらなる実施形態では、この方法は、水源からの水に導電率調整剤を導入することを含む。
さらなる実施形態では、この方法は、電気化学セルからの第2の処理水を、電気化学セルの下流に位置する処理容器に導入することを含む。処理容器に導入される第2の処理水のpHは、調整され得る。
別の態様では、水処理を容易にする方法が提供される。この方法は、水処理システムを準備することを含み得、システムは、過硫酸塩遊離基の電気化学的生成のための触媒材料を含む電極で少なくとも1つの汚染物質を含む水源に導入された過硫酸塩を電気化学的に活性化するように構成された電気化学セルを備える。この方法は、第1の汚染物質濃度センサー、第1の水流センサー、電流センサーおよび過硫酸塩濃度センサーのうちの少なくとも1つを準備することをさらに含み得る。この方法は、少なくとも測定された水の汚染物質濃度に応答して、少なくとも水源からの水の導入、導入される過硫酸塩の量および電気化学セルに印加される電位を調節するように構成されたコントローラーを準備することをさらに含み得る。この方法は、電気化学セルを水源に流体接続するようにユーザーに指示することをさらに含み得る。この方法は、水処理システムをコントローラーに接続するようにユーザーに指示することをさらに含み得る。
さらなる実施形態では、本方法は、過硫酸塩を準備することを含む。
いくつかの実施形態では、準備されるコントローラーは、少なくとも水源からの水の導入、導入される過硫酸塩の量および電気化学セルに印加される電位を、測定された水の流量、測定された過硫酸塩の濃度および電気化学セルの測定電流の少なくとも1つに応答して、調節するようにさらに構成され得る。
別の態様では、少なくとも1つの汚染物質を含む水源と流体連通する促進酸化プロセス(AOP)を備える水処理システムを改装する方法が提供される。この方法は、過硫酸塩遊離基を電気化学的に生成するための触媒材料を含むカソードを含む電気化学セルを準備することを含み得る。この方法は、電気化学セルを水源に流体接続することをさらに含み得る。この方法は、水源に導入された過硫酸塩を活性化して処理水を生成するように電気化学セルを操作する指示を準備することをさらに含み得る。
さらなる実施形態では、本方法は、水処理システムから紫外線(UV)AOPを置き換えることを含む。
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、鉄、銅、ニッケル、コバルトおよびそれらの合金からなる群から選択される金属を含むカソードを備える。いくつかの実施形態では、電気化学セルは、白金、マグネリ相酸化チタン、MMOコーティングDSA材料、グラファイト、BDDまたは酸化鉛/酸化鉛のうちの1つを含むアノードを備える。
さらなる実施形態では、本方法は、過硫酸塩を準備することを含む。さらなる実施形態では、本方法は、少なくとも水源からの水の導入速度、水源への過硫酸塩の導入速度および電気化学セルに印加される電位を調節するように構成されたコントローラーを準備することを含む。
添付の図面は、縮尺通りに描かれていることを意図していない。図面では、様々な図に示されている同一またはほぼ同一の各構成要素は、同様の数字で表される。明瞭にするため、各図面で、各構成要素に符号が付けられていない場合がある。
本開示の利点を考えると、図は単なる例示の目的であることが当業者によって認識されるであろう。説明の範囲から逸脱することなく、本明細書に開示される実施形態に他の特徴が存在し得る。
促進酸化プロセス(AOP)は、望ましくない有機化合物の分解または不活性化にますます使用されている。これらの有機化合物は、半導体製造または飲料水に使用される水などの高純度水中に見られ得る。これらの有機化合物は、内分泌かく乱化学物質を含むことがあり、廃水中にも見られ得る。AOP技術には、2つの例として、紫外線(UV)照射および超音波キャビテーションなどの処理が含まれる。紫外線システムは、過硫酸塩、オゾン、過酸化水素などの酸化剤とともに利用され得、有機化合物を分解または不活性化する紫外線にさらされるとラジカル種を生成する。
促進水処理のための活性化遊離基プロセスは、一般に、過酸化物または過硫酸塩をUV活性化して、汚染水に含まれる有機種を無機化する酸化剤としてヒドロキシルまたは過硫酸塩遊離基を生成することによって達成される。UV-AOPは、例えば、過酸化物または過硫酸塩分子を遊離基の形に変換し得る固有の波長のランプ効率によって本質的に制限される。例えば、過硫酸塩を活性化するためのUVランプの効率は、濁度の低い水中で約10~30%である。この制限は、将来、必要な波長の発光ダイオード(LED)が市販されるようになったときに解決され得る。特に、UV-AOPは、水中のUV透過率によっても制限される。例えば、図1に示されるように、13mmの経路長にわたる12ppmのフミン酸を含有する脱イオン水中のUV透過率は、320nm未満のUV波長で66%未満である。透過率が低下すると、UV-AOPスキームのプロセス効率が低下し、エネルギー消費量が増加するため、使用できる用途が制限される。
1つ以上の実施形態によれば、本明細書に開示されるシステムおよび方法は、汚染水の供給源からの有機化合物の除去に関する。1つ以上の実施形態によれば、処理される水は、1つ以上の標的化合物を含有し得る。例えば、水源からの水は、様々な有機化合物、例えば、t-ブタノールおよび天然に存在する高分子量有機化合物、例えば、フミン酸またはフルボ酸を含有し得る。水は、1,2,4-トリアゾールまたはパーフルオロアルキル物質(PFAS)、例えばパーフルオロオクタン酸(PFOA)などの人工有機分子をも含有し得る。本発明は、処理される有機化合物の種類に限定されない。
AOPプロセスは一般に、さまざまな有機種の分解または除去のために酸化塩の活性化を利用する。強力な酸化剤を生成するための前駆体として開始され得る任意の塩を、本明細書に開示されるシステムおよび方法で使用し得る。いくつかの非限定的な実施形態では、過硫酸化合物、すなわち、過硫酸塩は、酸化剤として使用され得る。少なくともいくつかの実施形態では、少なくとも過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、および/または過硫酸カリウムのうちの1つを酸化剤として使用し得る。他の強力な酸化剤、例えば、酸素ガス、オゾン、または過酸化水素もまた、酸化剤として使用され得る。水源からの水は、酸化剤を投与され得る。
本明細書に記載のシステムおよび方法の酸化剤として過硫酸塩を選択したとき、そのラジカル形態への活性化は、一般に、以下の反応経路に従って起こる。
S2O8 2-+e-→SO4・-+SO4 2- 式1
SO4・-+e-→SO4 2- 式2
S2O8 2-+2e-→2SO4 2- 式3
2H++2e-→H2 式4(競争反応)
S2O8 2-+e-→SO4・-+SO4 2- 式1
SO4・-+e-→SO4 2- 式2
S2O8 2-+2e-→2SO4 2- 式3
2H++2e-→H2 式4(競争反応)
本明細書に記載の電気化学セルを含むシステムでは、これらの反応は一般にカソードの表面で起こり、カソード材料は、過硫酸塩の過硫酸塩遊離基への活性化を促進し得る触媒材料として選択され得る。式1~4に見られるように、過硫酸塩への活性化の反応速度論は、不活性な硫酸イオンの生成(式2および3)を減らし、水分解に起因する水素イオンの還元からの水素ガスの発生(式4)を減らすように、制御すべきである。ステンレス鋼304(SS304)カソードでの過硫酸塩活性化の線形掃引ボルタモグラムを示す図2に示すように、垂直破線矢印によって示される電位窓内において過硫酸塩のカソード還元が発生し得、過電圧が低い方が好ましい。過電圧は、一般に、半反応の熱力学的に決定された還元電位と酸化還元事象が実験的に行われる電位との間の電位差、すなわち電圧に関連し得、電気化学セルの電圧効率に直接関連し得る。図2は、過硫酸塩アニオンへの電子移動が、+0.3V対RHEから始まることを示している(図2では、電解質は、NaOHによってpHが7に調整された20mMのNa2SO4である)。-0.2Vを超えると、過硫酸塩アニオンの還元的活性化での代わりに、水素の発生がカソード表面での主要なカソード反応として優勢になり始める。
本発明のシステムは、入口および出口を有する電気化学セルであって電気化学セルの入口は少なくとも1つの汚染物質を含む水源に流体接続可能である電気化学セルと、電気化学セルの上流に位置し水源に流体接続可能な過硫酸塩の供給源と、電気化学セルの上流に位置し水源に流体接続可能な第1の汚染物質濃度センサーと、少なくとも第1の汚染物質濃度センサーから1つ以上の入力信号を受信するように操作可能に連結されたコントローラーを含み得る。電気化学セルは、過硫酸塩遊離基の電気化学的生成のための触媒材料を含むカソードおよびアノードを備え得る。コントローラーは、1つ以上の入力信号に基づいて、少なくとも水源からの水の導入速度、水源への過硫酸塩の導入速度および電気化学セルに印加される電位を調節する制御信号を生成するように操作可能であり得る。
本明細書に記載されているように、UV光を使用する過硫酸塩ラジカルの生成は、原水のUV透過率によって制限され得る。過硫酸塩ラジカルの電気化学的生成は、任意の透過率レベルの水中で発生し得、過硫酸塩の活性化効率は、水の透過率の影響を受けることはない。例えば、過硫酸塩ラジカルの電気化学的生成は、不透明または濁った水、例えば、高度な濁水よりも、水中で起こり得、これは、UV透過率を実質的に低下させるであろう。いくつかの実施形態では、電気化学セルは、効率が水マトリックスを通る透過率と相関するUVラジカル生成などの他のラジカル生成プロセスの効率よりも高い過硫酸塩遊離基生成効率を有し得る。
本発明のシステムは、システムおよびその中で発生するプロセスの1つ以上のパラメーターを測定するための任意の数のセンサーを含み得る。センサーは通常、特性を測定し、その特性を表す信号をシステムの操作を調節または監視するように構成されたコントローラーまたはその他のデバイスに送信するように構成される。センサーは、電気化学セルの上流、電気化学セルの下流、または電気化学セルの構成要素など、システム内の任意の実用的な場所に位置し得る。例えば、第1の汚染物質濃度センサーは、全有機炭素(TOC)センサーなど、特定の種に非固有のセンサーであり得る。あるいは、または加えて、システムは、1つ以上の化学物質固有のセンサーを含み得る。当業者は、システムのセンサーの数および固有性が、既知の汚染物質または水源の他の特性に基づいて選択され得ることを理解し得る。いくつかの実施形態では、本発明のシステムは、電気化学セルの上流に位置し水源に流体接続可能な第1の水流センサーを含み得る。第1の水流センサーは、電気化学セルに入る水源からの水の流量を測定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、本発明のシステムは、電気化学セルに連結された、すなわち、電気化学セルの少なくとも1つの電極に連結された電流センサーを含み得る。電流センサーは、少なくとも、電気化学セルのカソードなどの電極に流れる電流を測定するように構成され得る。いくつかの実施形態では、本発明のシステムは、水源に流体接続可能な過硫酸塩濃度センサーを含み得る。過硫酸塩濃度センサーは、水源からの水に加えられた過硫酸塩の量を測定するように構成し得る。さらなる実施形態では、システムは、電気化学セルの下流に位置する第2の汚染物質濃度センサーを含み得る。第2の汚染物質センサーは、電気化学的に処理された水が十分に処理されて排出の準備ができているかどうか、または処理された水が本明細書に記載される1つ以上の追加の電気化学セルでのさらなる処理または当業者に既知の任意の他の水処理などのさらなる処理を必要とするかどうかを決定するために使用され得る。第2の汚染物質センサーは、TOCセンサーなどの非固有センサーであり得るか、または1つ以上の化学的固有センサーを備え得る。
電気化学セルを含む本発明のシステムは、任意の実際の配置で接続された複数の電気化学セルを含み得る。例えば、システムは、直列に接続された複数の電気化学セルを含み得、各電気化学セルに異なる処理段階を提供する。あるいは、または加えて、システムは、水処理システムの全体的な処理スループットを向上させるために並列に接続された複数の電気化学セルを含み得る。本発明は、複数の電気化学セルの数および可能な構成に決して限定されることなく、当業者は、任意の数の電気化学セルおよび任意の数の可能な電気化学セル構成を利用して、濾過性能および/または結果として生じる水質の所望のレベルを達成し得ることを理解し得る。
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、例えば、カソードの近位に参照電極を含み得る。参照電極は、作用電極、すなわちカソードに、電流が流れることなく、その電位の連続測定を可能にし得る。したがって、参照電極を使用すると、特定の導電率を有する水中のセル電圧を正確に制御することが可能であり得、それゆえ、競争反応(本明細書に記載の式2~4)を制限するために、本明細書に記載の反応速度を決定する電流を制御する。いくつかの場合においては、本明細書に記載の電気化学セルの電極は、カソードに印加される電位が-0.6~-0.2V対Ag/AgCl/1M KClの範囲にあるとき、通電電流で過硫酸塩活性化に対して最高の効率を達成し得る。
いくつかの実施形態では、カソード用の触媒材料は、鉄、銅、ニッケル、コバルトおよび金属合金からなる群から選択される金属を含み得る。合金は、鉄、銅、ニッケル、コバルトのいずれかと別の金属または別の適切な材料との間にあり得る。例えば、電極は鋼、少なくとも鉄および炭素を含む合金であり得る。例示的なカソード材料は、銅である。カソードは、様々な形状、例えば、平面または円形に形成され得る。少なくともいくつかの実施形態では、カソードは、箔、メッシュまたはフォーム構造によって特徴付けられ得、これは、表面上で活性化反応が発生するために十分な活性部位を提供し得るより高い活性表面領域、細孔構造および/または細孔分布に関連し得る。例えば、カソードは、1cm2~1000cm2の間の活性領域を有し得る。
いくつかの実施形態では、アノードは、白金、マグネリ相酸化チタン、混合金属酸化物(MMO)コーティング寸法安定性(DSA)材料、グラファイト、ホウ素ドープダイヤモンド(BDD)、または鉛/酸化鉛からなる群から選択される材料を含み得る。DSA材料は、コーティングされていない場合もあり得、特にIrO2などの貴金属または金属酸化物でコーティングされている場合もあり得る。マグネリ相酸化チタン電極および当該電極を含む電気化学セルは、PCT/US2019/047922に記載されており、その開示を、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に援用する。例示的なアノード材料は、白金であり、これはその電流誘導酸化が低電流密度で無視され得るためである。白金は、固体導体として使用され得、またはチタンなどの別の電極基板上のコーティングとして使用され得る。
電気化学セルを組み込んだ本発明のシステムの例示的な実施形態を図3に示す。図3に示されるように、水源102は、本明細書に記載されるように、電気化学セル106の入口に流体接続可能である。このシステムは、電流センサー107を有する電気化学セル106の上流に位置する第1の汚染物質濃度センサー101および第1の水の流量センサー103を含む。第1の汚染物質濃度センサー101は、電気化学セル106に入る水源に存在する少なくとも1つの汚染物質の濃度を測定するように構成され得る。いかなる特定の理論に拘束されることをも望むものではないが、過硫酸塩の供給源104から水源102に供給される過硫酸塩の量は、水源102の測定された汚染物質濃度と相関し得る。水源102に流体接続可能な過硫酸塩の供給源104から、適切な量の過硫酸塩を電気化学セル106に投与し得る。水源102からの水に投与される過硫酸塩の量は、水の汚染物質濃度を規制基準によって提供される濃度などの許容可能レベルに低減するのに十分な量であり得る。あるいは、水源102からの水に投与される過硫酸塩の量は、水の汚染物質濃度を許容レベルまで低下させるのに必要な量を超え得る。過硫酸塩の供給源104は、水源102からの水に添加された過硫酸塩を測定するために、過硫酸塩濃度センサー105などの必要な制御をさらに含み得る。過硫酸塩は、貯蔵タンクなどの任意の適切な容器に貯蔵され得、適切な弁、例えば計量弁によって制御され水源へ分散され得る。システムは、電気化学セル106の出口の下流において、電気化学セル106から排出される処理水のそれぞれの特性を測定するように構成された第2の汚染物質濃度センサー108および第2の水の流量センサー110を含む。システムの様々な構成要素は、操作中にコントローラー120によって制御され得る。コントローラー120は、本明細書に記載されるように、センサーから生成された入力信号が操作中に利用され得るように、システム100の様々な構成要素に動作可能に連結され得る。様々なシステム構成要素は、任意の既知の接続タイプ、例えば、ワイヤまたはケーブルによる直接接続によって、または任意の既知の無線データ伝送規格を介して、コントローラー120に接続され得る。システム構成要素とコントローラーとの間の接続のタイプは当業者にとって既知であり、本発明は、システム構成要素とコントローラーとの間の接続のタイプによって制限されない。
図3の破線のボックスによって示されるように、システム100は、水源102に流体接続可能な第1のpH調整ユニット112などの追加の構成要素を必要に応じて含み得る。第1のpH調整ユニット112は、電気化学セル106にエネルギーを与える前に、水源102からの水のpHを調整するように構成され得る。水源102からの水のpHは、水源102と電気化学セル106との間に位置する適切に構築された第1のpHメーターまたは第1のpHセンサー113によって測定され得る。いくつかの実施形態では、水源102からの水のpHは、電気化学セル106の操作および/または性能を改善するために調整され得る。一例として、本明細書に記載の電気化学プロセスの場合、水源102からの水のpHは、電気化学セル106内で使用されるカソード材料のタイプと相関し得る。いかなる特定の理論に拘束されることを望むものではないが、水源102からの水のpHは、銅カソードを有する電気化学セルを使用して処理するために、酸性、すなわち7未満のpHであり得る。いくつかの実施形態では、水源102からの水のpHは、鉄または鉄合金、すなわち、鋼、ニッケル、コバルトまたは他の電極材料を備えた電気化学セルを使用して処理するときに調整する必要がない場合があり得る。当業者は、水源からの水のpHが、カソード材料の特定の電子構造または他の特性に基づいて調整され得ることを理解し得る。本明細書に記載される第1のpH調整ユニットは、水源からの水にある量のpH調整剤を投与して、pHを所望のレベルに調整するように構成され得る。例えば、第1のpH調整ユニットは、水源からの水中にH2SO4などの酸性pH調整剤を投与するように構成され得る。他の適切なpH調整剤は、当技術分野で既知である。
図3を引き続き参照すると、およびいくつかの実施形態では、システム100は、水源102に流体接続された導電率調整ユニット114を必要に応じて含み得る。導電率調整剤の追加は、電気化学セルの性能に悪影響を与えることなく、電気化学セルを操作するために必要なエネルギー消費を低減し得る。導電率調整ユニット114は、電気化学セル内の水源からの水の溶液導電率の測定に基づいて、塩などの導電率調整剤の量を投与するように構成され得る。水源102からの水の導電率は、水源102と電気化学セル106との間の適切な位置に位置する適切な導電率メーターまたは導電率センサー115によって測定され得る。電気化学セル106内の水源102からの水に添加される導電率調整剤は、任意の適切な塩であり得る。例えば、Na2SO4などの硫酸塩は、電気化学セル106内の水源102からの水に添加され得る。他の適切な導電率調整剤は、当技術分野で既知である。
図3を引き続き参照すると、およびいくつかの実施形態では、システム100は、必要に応じて、電気化学セル106の下流に位置する処理容器118を含み得る。処理容器118は、貯蔵および/または排出前の追加の処理プロセスを適用するために、電気化学セル106で処理された水を受け取るように構成され得る。例えば、処理容器118は、処理水の1つ以上のパラメーターを監視するために、少なくとも1つのセンサーに流体接続可能であり得る。少なくとも1つのセンサーは、電気化学的に処理された水の測定されたパラメーターの信号または表現を提供し得る。少なくとも1つのセンサーは、例えば、導電率メーター、pHセンサー、TOCセンサー、化学物質固有のセンサー、または任意の他のセンサー、プローブ、または電気化学セルを使用して処理した後の処理容器118に流入する水の所望の特性またはパラメーターの表示を提供するのに有用な科学機器を含み得る。例えば、図3を引き続き参照すると、システム100は、排出または他の処理ステップの前に、電気化学的に処理された水のpHを所望のpHレベルに調整するように構成された第2のpHセンサー117および第2のpH調整ユニット116を含み得る。
1つ以上の実施形態によれば、本明細書に記載の任意の方法を実施し任意のシステムを操作するように構成され得るコントローラーが準備される。コントローラーは、少なくとも第1の汚染物質濃度センサーから1つ以上の入力信号を受信するように操作可能に連結され得る。コントローラーに送信される1つ以上の入力信号は、コントローラーを、1つ以上の入力信号に基づいて、少なくとも水源からの水の導入速度、水源への過硫酸塩の導入速度、および例えば電極に印加される電位など電気化学セルに印加される電位を調節する制御信号を生成することを可能にする。コントローラーは、システムのセンサーから任意の数の入力信号を受信するように構成され得る。例えば、コントローラーは、少なくとも第1の水流センサー、電気化学セルに連結された電流センサーおよび/または過硫酸塩濃度センサーなどの、電気化学セルの上流に位置するセンサーからの入力信号を受信するように構成され得る。いくつかの実施形態では、コントローラーは、第1の水流センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも水源からの水の導入速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。いくつかの実施形態では、コントローラーは、電流センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも電気化学セルに印加される電位を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。いくつかの実施形態では、コントローラーは、過硫酸塩濃度センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、水源への少なくとも過硫酸塩の導入速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。
コントローラーはさらに、少なくとも第2の汚染物質濃度センサーおよび第2の水流センサーなどの、電気化学セルの下流に位置するセンサーからの入力信号を受信するように構成され得る。いくつかの実施形態では、コントローラーは、第2の汚染物質濃度センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも水源からの水の導入速度、水源への過硫酸塩の導入速度、および電気化学セルに印加される電位を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。いくつかの実施形態では、コントローラーは、第2の水流センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも水源からの水の導入速度、水源への過硫酸塩の導入速度および電気化学セルに印加される電位を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。非限定的な例として、コントローラーは、制御信号を過硫酸塩の供給源に送信して、過硫酸塩遊離基で処理した後の水中の少なくとも1つの汚染物質の濃度を測定する第2の汚染物質濃度センサーから受信した信号に少なくとも基づいて過硫酸塩の量を投与するように構成され得る。第2の汚染物質濃度センサーからの測定結果は、少なくとも1つの汚染物質の濃度が依然として許容レベルよりも高いことを示し得、したがって、コントローラーは、必要なシステム構成要素に、水源に添加される過硫酸塩の量を増加させ、電気化学セルに入る水源からの水の流れを減少させ、および/または電気化学セルに印加される電位を調整するように指示する制御信号を生成し得る。本発明は、システムのセンサーからコントローラーによって受信される入力信号の数およびタイプによって決して制限されることなく、また、コントローラーからシステムの出力デバイスに送信される制御信号によっても決して制限されない。
本明細書で説明するように、センサーおよび他の任意のシステム構成要素は、コントローラーに直接接続されるか、またはコントローラーに操作可能に連結された通信ネットワークを使用してコントローラーに間接的に接続され得る。例えば、センサーは、コントローラーに直接接続される入力デバイスとして構成され得る。過硫酸塩の供給源用の計量バルブおよび/またはポンプ、pH調整剤および導電率調整剤などのデバイスは、コントローラーに接続される出力デバイスとして構成され得、上記のいずれか1つ以上は、通信ネットワークを介してコントローラーと通信するための別の補助コンピューターシステムまたは構成要素に連結され得る。このような構成により、あるセンサーを別のセンサーから離れた距離に位置することが可能となり、または任意のセンサーをシステム構成要素および/またはコントローラーから離れた距離に位置し、それらの間にデータを提供することが可能となる。
電気化学セルの上流に第1のpH調整ユニットが含まれるシステムの実施形態では、コントローラーは、第1のpHセンサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、第1のpH調整ユニットから水源に導入されるpH調整剤の速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。電気化学セルの下流に第2のpH調整ユニットが含まれるシステムの実施形態では、コントローラーは、第2のpHセンサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、第2のpH調整ユニットから処理水に導入されるpH調整剤の速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。電気化学セルの上流に導電率調整ユニットが含まれるシステムの実施形態では、コントローラーは、導電率センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、導電率調整ユニットから水源に導入される導電率調整剤の速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能であり得る。
コントローラーは、デコーダー機能に命令を提供するようにシステムプロセッサをプログラムするように構成されたデコーダー機能を実行するように構成された命令を格納するメモリーデバイスに連結されたシステムプロセッサを備え得る。コントローラーは、1つ以上のコンピューターシステムを使用して実装され得る。コンピューターシステムは、例えば、Intel CORE(登録商標)タイププロセッサ、Motorola POWERPC(登録商標)プロセッサ、Sun ULTRASPARC(登録商標)プロセッサ、Hewlett-Packard PA-RISC(登録商標)プロセッサまたはその他のタイプのプロセッサまたはそれらの組み合わせに基づく、汎用コンピューターであり得る。あるいは、コンピューターシステムは、プログラマブルロジックコントローラー(PLC)、専用プログラムされた専用ハードウェア、例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)、または分析システムを対象としたコントローラーを含み得る。
コントローラーは、通常、1つ以上のメモリーデバイスに接続された1つ以上のプロセッサを含み得、これは、例えば、ディスクドライブメモリー、フラッシュメモリーデバイス、RAMメモリーデバイスまたはデータを格納するための他のデバイスのいずれか1つ以上を備え得る。水処理システムの動作中にプログラムおよびデータを格納するために、1つ以上のメモリーデバイスを使用し得る。例えば、メモリーデバイスは、ある期間にわたって測定されたセンサーデータに関連する履歴データ、ならびに操作データを格納するために使用され得る。本発明の実施形態を実施するプログラミングコードを含むソフトウェアは、コンピューター読み取り可能および/または書き込み可能な不揮発性記録媒体に格納され得、その後、通常、1つ以上のメモリーデバイスにコピーされ、1つ以上のプロセッサによって実行され得る。このようなプログラミングコードは、複数のプログラミング言語のいずれか、例えば、ラダーロジック、Java、Visual Basic、C、C#、またはC++、Fortran、Pascal、Eiffel、Basic、COBOLまたはさまざまな組み合わせのいずれかで記述され得る。
別の態様では、水を処理する方法が提供される。この方法は、少なくとも1つの汚染物質を含む水源から水を準備することと、水源からの水中の少なくとも1つの汚染物質の濃度を測定することと、少なくとも1つの汚染物質の少なくとも測定濃度を表す信号に基づく濃度で過硫酸塩を水に導入して第1の処理水を生成することと、第1の処理水を電気化学セルの入口に導入することとを含み得る。この方法は、触媒材料を含む電極で電気化学セル内の過硫酸塩から過硫酸塩遊離基を電気化学的に生成して、第2の処理水を生成することをさらに含み得る。
いくつかの実施形態では、水を処理する方法は、第2の処理水中の少なくとも1つの汚染物質の測定濃度から生成される信号に少なくとも基づいて、水に導入される過硫酸塩の濃度を調整することをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、水を処理する方法は、第2の処理水中の少なくとも1つの汚染物質の測定濃度から生成される信号に少なくとも基づいて電気化学セルに印加される電位を調整することをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、水を処理する方法は、第2の処理水中の少なくとも1つの汚染物質の測定濃度から生成される信号に少なくとも基づいて、水源からの水の導入速度を調整することをさらに含み得る。第1の処理水を形成するために水に添加される過硫酸塩は、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウムおよび過硫酸カリウムのうちの少なくとも1つを含み得る。水を処理する方法のいくつかの実施形態では、過硫酸塩遊離基は、本明細書に記載されるように、電気化学セルのカソードで生成される。水を処理する方法のいくつかの実施形態では、少なくとも1つの汚染物質は、有機汚染物質を含み得る。
水を処理する方法は、水源からの水に少なくとも1つのpH調整剤または導電率調整剤の量を導入することをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、水を処理する方法は、水源からの水のpHを7未満の値に調整することをさらに含み得る。水を処理する方法は、電気化学セルから電気化学セルの下流に位置する処理容器に第2の処理水を導入することをさらに含み得る。処理容器に導入される水のpHは、pH調整を有し得る。
別の態様では、水処理を容易にする方法が提供される。この方法は、本明細書に記載の水処理システムを準備することを含み得、水処理システムは、過硫酸塩遊離基の電気化学的生成のための触媒材料を含む電極で少なくとも1つの汚染物質を含む水源に導入された過硫酸塩を電気化学的に活性化するように構成された本明細書に記載の電気化学セルを備える。水処理を容易にする方法は、第1の汚染物質濃度センサー、第1の水流センサー、電流センサーおよび過硫酸塩濃度センサーのうちの少なくとも1つを準備することをさらに含み得る。水処理を容易にする方法は、少なくとも測定された水の汚染物質濃度に応答して、少なくとも水源からの水の導入、導入された過硫酸塩の量および電気化学セルに印加される電位を調節するように構成されたコントローラーを準備することをさらに含み得る。水処理を容易にする方法は、水処理システムをコントローラーに接続するようにおよび/または電気化学セルを水処理システムに流体接続するようにユーザーに指示することをさらに含み得る。
水処理を容易にする方法のいくつかの実施形態では、この方法は、過硫酸塩を準備することをさらに含み得る。水処理を容易にする方法のいくつかの実施形態では、準備されるコントローラーは、測定された水の流量、測定された過硫酸塩濃度および電気化学セルの測定された電流のうちの少なくとも1つに応答して、水源からの水の導入、導入される過硫酸塩の量および電気化学セルの印加される電位のうちの少なくとも1つを調節するようにさらに構成され得る。
別の態様では、少なくとも1つの汚染物質を含む水源と流体連通する促進酸化プロセス(AOP)を備える水処理システムを改装する方法が提供される。この方法は、過硫酸塩遊離基の電気化学的生成のための触媒材料を含むカソードを含む電気化学セルを準備することを含み得る。この方法は、電気化学セルを水源に流体接続することをさらに含み得る。この方法は、水源に導入された過硫酸塩を活性化して処理水を生成するように電気化学セルを操作するための指示を準備することをさらに含み得る。
改装方法のいくつかの実施形態では、この方法は、水処理システムからの紫外線(UV)AOPを置き換えることをさらに含み得る。改装方法のいくつかの実施形態では、電気化学セルは、鉄、銅、ニッケル、コバルトおよび金属合金からなる群から選択される金属を含むカソードを設け得る。改装方法のいくつかの実施形態では、電気化学セルは、白金、マグネリ相酸化チタン、MMOコーティングDSA材料、グラファイト、BDDまたは鉛/鉛酸化物からなる群から選択される材料を含むアノードを設け得る。
改装方法のいくつかの実施形態では、この方法は、過硫酸塩を準備することをさらに含み得る。改装方法のいくつかの実施形態では、方法は、少なくとも水源からの水の導入速度、過硫酸塩が水源に導入される速度および電気化学セルに印加される電位を調節するように構成され得る、本明細書に記載のコントローラーを準備することをさらに含み得る。
これらの実施形態および他の実施形態の機能および利点は、以下の実施例からよりよく理解することができる。これらの例は、本質的に例示を意図し、本発明の範囲を制限するものとは決して見なされない。
本明細書に記載の実施例に使用するカソードは、ステンレス鋼304(SS304)、ニッケル金属メッシュ、コバルト金属箔、および銅金属メッシュを含む。SS304を、マクマスターカーサプライカンパニー(製品番号85385T88)から購入した。実験の前に、SS304メッシュを折りたたんで所望の形状にプレスし、セル容器に収め、超音波処理装置で脱イオン(DI)水を使用して5分間洗浄した。ニッケルメッシュ(カタログ番号AA397040S)およびコバルト箔(カタログ番号AA42659FI)を、サーモフィッシャーサイエンティフィックから購入した。銅メッシュを、マクマスターカー(製品番号9224T49)から購入した。実験前に、ニッケル、コバルト、銅のカソードにも同様の洗浄手順を採用した。エヴォクアウォーターテクノロジーズ製の2つの白金コーティングチタン電極を、すべての実験を通してアノードとして使用した。各アノードの活性領域の幾何学的サイズは6cm2である。
1,2,4-トリアゾール、t-ブタノール(TBA)、硫酸ナトリウム、過硫酸ナトリウムおよびパーフルオロオクタン酸(PFOA)を含む、実施例で使用したすべての試薬は、アルファエイサーから購入した分析グレードの化学物質であり、さらなる精製をせずに使用した。フミン酸を、シグマアルドリッチから購入した(カタログ番号:H16752)。
TOC(全有機炭素)測定を、白金触媒酸素燃焼管を備えた島津TOC LCPH/CPNアナライザーを使用して実施した。炉の温度を720°Cに設定し、NPOC(非パージ性有機炭素)法を使用して、水中の有機物の濃度をTOC値として報告した。パージ時間は90秒であった。UV-Vis吸収スペクトルを、Hach6000分光計を使用して1nm/sの波長走査速度で収集した。化学的酸素要求量(COD)値を、Hach TNT821メーターを使用して測定した。PFOAの測定を、PRONTOSIL HPLCカラム(Bischoff Chromatography、レオンベルク、ドイツ)を備えた機器でイオンクロマトグラフィー(IC)を使用して実施した。移動相として、10mMホウ酸と10%アセトニトリル(pH8に調整)との溶液を使用した。
水から有機分子を除去するための過硫酸塩の直接電気化学的活性化の有効性を説明するために、次の例では、水中で自然に発生する汚染と人為的な汚染との両方をシミュレートするために、さまざまな有機分子を脱イオン水に追加した実験について説明する。
この例において、本明細書に記載の電気化学セルを使用して、医薬品の構成要素として通常使用される人工有機分子である1,2,4-トリアゾールを水から除去することを示す。10ppmの1,2,4-トリアゾールの溶液を、2電極構成の電気化学セルに分注した。電気化学セルには、カソードとしてSS304メッシュを使用し、アノードとして白金コーティングチタンを使用した。使用したSS304メッシュカソードの表面積は、約0.5m2であった。電気化学セルに挿入するために、SS304メッシュを折りたたんで、約5cm×6cm×3cmのサイズのブロックにプレスした。実験の前に、DI水中の10ppmの1,2,4-トリアゾール250mLを新たに調製し、溶液の導電率を向上させるために5mMのNa2SO4を添加した。実験をバッチモードで実施した。電気化学セル内の水の流れを改善するために、マグネティックスターラーを使用した。実験を開始するために、2000ppmのNa2S2O8の溶液を水に加え、40mAのDC電流を電気化学セルに流した。TOCデータ、つまり全1,2,4-トリアゾール濃度データを、電気化学セルに電力を供給した後、1時間ごとに収集した。
この実験の結果を図4に示す。ここに見られるように、1,2,4-トリアゾールは、電気化学セル内で生成された過硫酸塩ラジカルによって連続的に除去された。6時間の実行時間の後、測定されたTOCは初期の1,2,4-トリアゾール濃度(C0)の6.25%に減少した。これらの結果は、電気化学セルを使用した過硫酸塩ラジカルの生成が、酸化プロセス中に1,2,4-トリアゾールおよびその中間体を除去するための効果的なシステムであり得ることを示唆する。
Na2S2O8酸化剤の化学酸化または白金アノードの電気化学酸化による電気化学セルの性能への影響がないことを確認するために、同じ電気化学セル構成を使用して対照実験をも実施した。図4に、対照実験の結果をも示す。これらは、Na2S2O8もDC電位も単独では水から1,2,4-トリアゾールを除去するのに効果的ではなかったことを示す。
この例は、本明細書に記載の電気化学セルを使用して、市販の燃料およびコーティングに通常見られるt-ブタノール(TBA)を水から除去することを示す。10ppmの濃度のTBAの溶液を、同じ電気化学セルのセットアップ(ステンレス鋼(SS304カソード))を使用して処理し、例1において説明したものと同じデータ収集手順に従った。
この実験の結果を図5に示す。実施例1に記載した1,2,4-トリアゾールの除去のための実験と同様に、t-ブタノールは、電気化学セルで生成された過硫酸塩ラジカルによって連続的に除去された。6時間の実行時間の後、初期t-ブタノール濃度の93%および形成された中間体が水から除去された。実施例1と同じ方法で実施した対照実験は、Na2S2O8またはDC電位単独では水からt-ブタノールを除去するのに効果がないことを示した。t-ブタノールの濃度は、t-ブタノールと水との混合物を攪拌することによって、混合物に過硫酸塩を添加せずにまたはセルにDC電位を印加せずに、減少することが見出されたことに留意されたい。これは、t-ブタノールの蒸気圧が高いと、電気化学的処理の前に混合物からの放出が増加し得ることを示唆する。
この例は、本明細書に記載の電気化学セルを使用した水からのフミン酸の除去を示す。12ppmのフミン酸の溶液を、同じ電気化学セルのセットアップ(ステンレス鋼(SS304カソード))を使用して処理し、例1および2で説明したのと同じデータ収集手順に従った。
この実験の結果を図6に示す。実行時間の6時間後、初期フミン酸濃度の約70%および形成された中間体が水から除去された。それぞれ実施例1および2に記載されている1,2,4-トリアゾールおよびt-ブタノールと比較して、電気化学的処理を使用したフミン酸除去のより低い効率は、複雑な酸化反応を有するフミン酸の大きな分子に起因し、したがって、反応速度を阻害する。
この例は、本明細書に記載の電気化学セルを使用した水からのペルフルオロオクタン酸(PFOA)の除去を説明する。PFOAおよび類似のPFAS分子は、その極端な疎水性ならびにごくわずかな自然分解速度が環境の持続性および生体内蓄積をもたらし、環境での寿命が長いため、近年注目されている。
この例では、12ppmPFOAの溶液を、実施例1~3で説明したのと同じ電気化学セルセットアップ(ステンレス鋼(SS304カソード))を使用して、以下で説明する変更したデータ収集手順で処理した。実験では、10ppmのPFOAを有するDI水を250mL新たに調製し、溶液の導電率を向上させるために2mMのNaClO4を添加した。実験をバッチモードで実施した。電気化学セル内の水の流れを向上させるために、マグネティックスターラーバーを使用した。実験を開始するために、4000ppmおよび6000ppmのNa2S2O8の別々の溶液を、PFOAで汚染された水の別々のサンプルに添加し、20mAのDC電流を各電気化学セルに適用した。両方の実験のすべてのNa2S2O8が完全に活性化され、SO4
2-に変換されたとき、20時間の処理後に実験を停止した。
この実験の結果を図7に示す。過硫酸塩単独では、酸化電位が不十分であり、白金アノードでのPFOAの電気酸化が反応速度論的に制限されるため、PFOAとは反応しない。対照的に、6000ppmの過硫酸塩で電気化学セルを使用して処理したPFOAの初期濃度は、20時間の電気化学セルの実行時間後に55.5%減少した。より高い過硫酸塩投与量または多段階電気化学的処理が利用されるとき、より高い除去率がさらに期待され得る。
この例は、本明細書に記載の電気化学セルを使用した水からのフミン酸の除去を示す。実験を、ニッケルメッシュまたはコバルト箔(5cm×5cm)で作られたカソードと、6cm2の活性領域を有する白金コーティング寸法安定性電極で作られたアノードを使用して、ラボビーカー電気化学セルで行った。カソードに使用するニッケルメッシュは、約800cm2の活性領域を有し、ビーカーの電気化学セルに合うように折りたたまれてプレスされた。2000ppmのNa2S2O8を添加した後、20mAのカソード電流をカソードに流した。
これらの実験の結果を図8に示す。実験の過程で、フミン酸およびその中間体の濃度は、ニッケルとコバルトとの両方のカソードを使用して連続的に減少した。例えば、図8に示されるように、電気化学的処理の4時間後、初期フミン酸濃度は、ニッケルおよびコバルトカソードでそれぞれ58.74%と90%とに減少した。実施例3に記載された実験と同様に、白金コーティングチタンアノード上での直接酸化の影響のためのまたは不活性化された過硫酸ナトリウムによる濃度低下の効果は無視できるものであった。これは、この実験でのすべてのフミン酸の除去は、ニッケルまたはコバルト電極上での過硫酸塩の電気触媒活性化に起因することを示した。
この例は、本明細書に記載の電気化学セルを使用した水からのフミン酸の除去を図示する。実験を、銅メッシュで作られたカソードと、6cm2の活性領域を有する白金コーティング寸法安定性電極で作られたアノードを使用して、ラボビーカー電気化学セルで実施した。銅メッシュは、約200cm2の表面積を有し、ビーカーセルに収まるように折りたたんでプレスされた。
実験では、実験前に12ppmのフミン酸を有するDI水80mLを新たに調製した。次に、5mMのNa2SO4および1mMのH2SO4の溶液をフミン酸溶液に添加して、導電率を高め、pHを調整した。300ppmおよび600ppmのNa2S2O8の別々のアリコートを各フミン酸溶液に投与した。次に、電気化学セルを外部DC電源に接続し、固定電流(60mAおよび20mA)を1時間流した。処理後、各セルのサンプルを、Hach TNT 821メーター(検出範囲2~150ppm)を使用して分析し、実験を通じて化学的酸素要求量(COD)を追跡した。
これらの実験の結果を図9に示す。図9はまた、IrO2コーティングTiから製造されたカソードを使用した対照実験の結果を示す。図9の凡例は次のとおりである。
S1-電気化学的処理前のサンプル(12ppmのフミン酸、0ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4)
S2-電気化学的処理前のサンプル(12ppmのフミン酸、300ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4)
S3-電気化学的処理前のサンプル(12ppmのフミン酸、600ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4)
S4-電気化学的処理後のサンプル(12ppmのフミン酸、600ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4、銅メッシュカソード、60mAの通電電流)
S5-電気化学的処理後のサンプル(12ppmのフミン酸、600ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4、銅メッシュカソード、20mAの通電電流)
S6-電気化学的処理後のサンプル(12ppmのフミン酸、600ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4、IrO2コーティングTiカソード、60mAの通電電流)
S7-溶液に浸漬した銅メッシュカソードを用いたNa2S2O8中での直接酸化によって処理されたサンプル(12ppmのフミン酸、600ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4、通電電流なし)
S1-電気化学的処理前のサンプル(12ppmのフミン酸、0ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4)
S2-電気化学的処理前のサンプル(12ppmのフミン酸、300ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4)
S3-電気化学的処理前のサンプル(12ppmのフミン酸、600ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4)
S4-電気化学的処理後のサンプル(12ppmのフミン酸、600ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4、銅メッシュカソード、60mAの通電電流)
S5-電気化学的処理後のサンプル(12ppmのフミン酸、600ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4、銅メッシュカソード、20mAの通電電流)
S6-電気化学的処理後のサンプル(12ppmのフミン酸、600ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4、IrO2コーティングTiカソード、60mAの通電電流)
S7-溶液に浸漬した銅メッシュカソードを用いたNa2S2O8中での直接酸化によって処理されたサンプル(12ppmのフミン酸、600ppmのNa2S2O8、1mMのH2SO4、通電電流なし)
図9に示されるように、銅カソードを使用する電気化学的に活性化された過硫酸塩処理は、COD減少に対して最高効率を示し、したがって、サンプル中のフミン酸濃度の最大の減少を示した。電極に流れる電流が60mAであるか20mAであるかに関わらず、処理後のCODは、約2ppm(Hatch TNT 821メートルの検出下限)に減少した。比較すると、IrO2コーティングTiカソードを使用する電気化学セルは、20.4ppmの測定値を有する処理後の残留CODによって証明されるように、過硫酸塩の活性化を効果的に触媒しなかった。過硫酸塩単独によるCOD減少も発生することがわかった。これは、電流が印加されていない条件下でも過硫酸塩を直接酸化し得る銅メッシュカソードによって提供される追加の不均一触媒表面積に起因していた。過硫酸ナトリウムの干渉から生じると考えられる、CODの減少に対する過硫酸ナトリウム濃度依存性があることも観察された。
図10に図示されるように、銅カソードを備えた電気化学セルを使用したフミン酸の分解を、UV-Vis吸収分光法によってさらにサポートした。電気化学的に活性化された過硫酸塩で処理した後、フミン酸の吸収が発生する300nm~500nmのUV-Vis吸収スペクトルは、処理後に減少した。
この例は、本明細書に記載の電気化学セルを使用した溶液からの複数の汚染物質の除去を示す。この例では、12ppmのフミン酸と2ppmの芳香染料メチレンブルー(MB)を含有する溶液を、実施例6で説明した電気化学セルで処理し、同じデータ収集手順を使用した。
実験では、10mAのDC電流を電気化学セルに流した。処理後のCODの約0.015ppmへの削減は、Hatch TNT 821メートルの検出限界(2ppmのLOD)よりも大幅に低く、サンプル水から両方の化合物が効率的に除去されたことを示す。両方の化合物の効率的な除去を、処理前後のUV-Vis吸収スペクトルの測定によってさらにサポートした。図11に示すように、フミン酸の吸収が起こる300nmから500nmの間とMBの場合671nmとの両方の特徴的なUV-Vis吸収ピークは、電気化学的処理後に減少した。
この例は、市販のUVベースの過硫酸塩活性化システム(エヴォクアウォーターテクノロジーズ、ペンシルバニア州ピッツバーグから入手可能なVANOX(登録商標)システム)と本明細書に記載の電気化学セルとの間の工業用水中の有機物の除去効率の比較を示す。UVベースの過硫酸塩活性化システムは、1kWの低圧UVランプを備えた。この例に使用した電気化学セルは、実施例1に記載の電気化学セル、すなわち、カソードとしてSS304メッシュを有し、アノードとして白金コーティングチタンを有する電気化学セルであった。この例で使用した工業用水は、半導体製造操作から取られ、初期TOC濃度は60ppmであった。UVベースの過硫酸塩活性化システムで処理するために、3.5Lの工業用水に8000ppmのNa2S2O8の溶液を投与した。電気化学セルで処理するために、250mLの工業用水に8000ppmのNa2S2O8の溶液を投与した。
この実験の結果を図12に示す。ここに見られるように、過硫酸塩のUV活性化と電気化学的活性化との両方は、UVベースの過硫酸塩活性化システムについては最大4時間、電気化学セルについては18時間のプロセス実行時間後、工業用水のTOCをほぼ同じ濃度に減少させた。表1は、工業用水を処理するための各プロセスのエネルギー消費量をそれぞれの実行時間にわたって1m3の体積にスケールアップしたものと、太字で示した各プロセス中に計算された累積エネルギーとの比較を提供する。表1に示すように、電気化学セルを使用した処理では、UVベースの過硫酸塩活性化システムを操作してほぼ同じ最終TOC濃度の処理水を生成するために必要なエネルギーの約1%を消費するであろう。UVベースの過硫酸塩活性化システムのエネルギー効率の低下は、工業用水中の低いUV透過率に起因し得、UV透過率は、図13に示されるこの固有の水の波長の関数としてのものである。
本明細書で使用されている表現および用語は、説明を目的としたものであり、限定的なものと見なされるべきではない。本明細書中で使用される、「複数」という用語は、二つ以上の物品または構成要素を指す。「含む」、「含む」、「実行する」、「有する」、「含有する」、「伴う」という用語は、明細書または特許請求の範囲等のいずれにおいても、オープンエンドの用語であり、すなわち、「~を含むが、それに限定されない」を意味する。したがって、このような用語の使用は、その後に列挙された項目およびその均等物、同様に追加の項目を包含することを意味する。移行句「からなる」および「実質的に~からなる」のみが、請求項に関してそれぞれ限定的なまたは半限定的な移行句である。請求項における請求項要素を修飾するための「第1」、「第2」、「第3」等のような序数用語の使用は、それ自体では、ある請求項要素の他のものに対する任意の優先権、優先順位もしくは順序、または方法の行為が行われる時間的順序を意味するものではなく、請求項要素を区別するために、ある名前を有する一つの請求項要素を同じ名前を有する別の要素(ただし、序数用語を使用する場合)から区別するためのラベルとしてのみ使用される。
このように少なくとも1つの実施形態のいくつかの態様を説明したことにより、様々な変更、修正、および改善が容易に生じることを当業者に理解されたい。任意の実施形態で説明される任意の特徴は、任意の他の実施形態の任意の特徴に含まれ得るかまたはそれらの代わりになり得る。そのような変更、修正、および改善は、本開示の一部であることを意図しており、本発明の範囲内にあることを意図している。したがって、前述の説明および図面は、単なる例にすぎない。
当業者は、本明細書に記載されるパラメーターおよび構成は例示的であり、実際のパラメーターおよび/または構成は、本開示の方法および材料が使用される特定の用途に依存することを理解されたい。当業者はまた、本発明の特定の実施形態に対する等価物を、ルーチンの実験のみを用いて認識または確認可能であるはずである。
Claims (51)
- 水を処理するためのシステムであって、
入口および出口を有する電気化学セルであって、前記電気化学セルの前記入口は、少なくとも1つの汚染物質を含む水源に流体接続可能であり、前記電気化学セルは、
過硫酸塩遊離基の電気化学的生成のための触媒材料を含むカソードおよび
アノード、
を備える、電気化学セルと、
前記電気化学セルの上流に位置し、かつ前記水源に流体接続可能な過硫酸塩の供給源と、
前記電気化学セルの上流に位置し、かつ前記水源に流体接続可能な第1の汚染物質濃度センサーと、
少なくとも前記第1の汚染物質濃度センサーから1つ以上の入力信号を受信するように操作可能に連結されたコントローラーであって、前記コントローラーは、前記1つ以上の入力信号に基づいて、少なくとも前記水源からの水の導入速度、前記水源への過硫酸塩の導入速度および前記電気化学セルに印加される電位を調節する制御信号を生成するように操作可能である、コントローラーと、
を備える、水を処理するためのシステム。 - 前記第1の汚染物質濃度センサーは、有機汚染物質濃度センサーを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記過硫酸塩は、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムおよび過硫酸ナトリウムのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記カソード触媒材料は、鉄、銅、ニッケル、コバルトおよび金属合金からなる群から選択される金属を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記カソード材料は、銅を含む、請求項4に記載のシステム。
- 前記アノードは、白金、マグネリ相酸化チタン、混合金属酸化物(MMO)コーティング寸法安定性アノード(DSA)材料、グラファイト、ホウ素ドープダイヤモンド(BDD)または鉛/鉛酸化物のうちの1つを含む、請求項4に記載のシステム。
- 前記電気化学セルの上流に位置し、かつ前記水源に流体接続可能な第1の水流センサーをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラーは、前記第1の水流センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも前記水源からの水の前記導入速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能である、請求項7に記載のシステム。
- 前記電気化学セルに連結された電流センサーをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラーは、前記電流センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも前記電気化学セルに印加される前記電位を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能である、請求項9に記載のシステム。
- 前記水源に流体接続可能な過硫酸塩濃度センサーをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラーは、前記過硫酸塩濃度センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、前記水源への少なくとも過硫酸塩の前記導入速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能である、請求項11に記載のシステム。
- 前記電気化学セルの下流に位置する第2の水流センサーをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラーは、前記第2の水流センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも前記水源からの水の前記導入速度、前記水源への過硫酸塩の前記導入速度および前記電気化学セルに印加される前記電位を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能である、請求項13に記載のシステム。
- 前記電気化学セルの前記出口の下流に位置し、かつ前記電気化学セルの前記出口に流体接続可能な第2の汚染物質濃度センサーをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記コントローラーは、前記第2の汚染物質濃度センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、少なくとも前記水源からの水の前記導入速度、前記水源への過硫酸塩の前記導入速度および前記電気化学セルに印加される前記電位を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能である、請求項15に記載のシステム。
- 前記電気化学セルの上流に位置し、かつ前記水源に流体接続可能な第1のpHセンサーをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記電気化学セルの上流に位置し、かつ前記水源に流体接続可能な第1のpH調整ユニットをさらに備える、請求項17に記載のシステム。
- 前記第1のpH調整ユニットは、前記水源のpHをpH7未満に調整するように構成されている、請求項18に記載のシステム。
- 前記コントローラーは、前記第1のpHセンサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、前記pH調整剤が前記第1のpH調整ユニットから前記水源に導入される速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能である、請求項19に記載のシステム。
- 前記電気化学セルの前記出口の下流に位置する第2のpHセンサーをさらに備える、請求項17に記載のシステム。
- 前記電気化学セルの前記出口の下流に位置する第2のpH調整ユニットをさらに備える、請求項21に記載のシステム。
- 前記電気化学セルの上流に位置し、かつ前記水源に流体接続可能な導電率センサーをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記電気化学セルに流体接続可能な導電率調整ユニットをさらに備える、請求項23に記載のシステム。
- 前記コントローラーは、前記導電率センサーから少なくとも1つの入力信号を受信して、前記導電率調整剤が前記導電率調整ユニットから前記水源に導入される速度を調節する制御信号を生成するようにさらに操作可能である、請求項24に記載のシステム。
- 前記電気化学セルは、参照電極をさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 複数の電気化学セルをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記電気化学セルの下流に位置し、かつ前記電気化学セルの前記出口に流体接続可能な処理容器をさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 水を処理する方法であって、
少なくとも1つの汚染物質を含む水源からの水を準備することと、
前記水源からの前記水中の少なくとも1つの汚染物質の濃度を測定することと、
前記水中の前記少なくとも1つの汚染物質の少なくとも測定濃度を表す信号に基づく濃度で過硫酸塩を前記水に導入して、第1の処理水を生成することと、
電気化学セルの入口に前記第1の処理水を導入することと、
前記電気化学セル内において触媒材料を含む電極で前記過硫酸塩から過硫酸塩遊離基を電気化学的に生成して、第2の処理水を生成することと、
を含む、水を処理する方法。 - 前記第2の処理水中の前記少なくとも1つの汚染物質の測定濃度から生成される少なくとも信号に基づいて、前記水に導入される前記過硫酸塩の前記濃度を調整することをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 前記第2の処理水中の前記少なくとも1つの汚染物質の前記測定濃度から生成される少なくとも信号に基づいて前記電気化学セルに印加される電位を調整することをさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 前記第2の処理水中の前記少なくとも1つの汚染物質の前記測定濃度から生成される少なくとも信号に基づいて、前記水源からの水の導入速度を調整することをさらに含む、請求項31に記載の方法。
- 前記過硫酸塩は、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウムおよび過硫酸カリウムのうちの少なくとも1つを含む、請求項29に記載の方法。
- 前記過硫酸塩遊離基は、前記電気化学セルのカソードで生成される、請求項29に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの汚染物質は、有機汚染物質を含む、請求項29に記載の方法。
- 前記水源からの前記水にpH調整剤を導入することをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 前記水源からの前記水のpHを7未満の値に調整することをさらに含む、請求項36に記載の方法。
- 前記水源からの前記水に導電率調整剤を導入することをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 前記電気化学セルから前記電気化学セルの下流に位置する処理容器に前記第2の処理水を導入することをさらに含む、請求項29に記載の方法。
- 前記第2の処理水のpHを調整することをさらに含む、請求項39に記載の方法。
- 水処理を容易にする方法であって、
水処理システムを準備することであって、前記システムは、少なくとも1つの汚染物質を含む水源に導入された過硫酸塩を、過硫酸塩遊離基の電気化学的生成のための触媒材料を備える電極で電気化学的に活性化するように構成された電気化学セルを備える、水処理システムを準備することと、
第1の汚染物質濃度センサー、第1の水流センサー、電流センサーおよび過硫酸塩濃度センサーのうちの少なくとも1つを準備することと、
前記水の少なくとも測定汚染物質濃度に応答して、少なくとも前記水源からの水の導入、導入された前記過硫酸塩の量および電気化学セルに印加される電位を調節するように構成されたコントローラーを準備することと、
前記電気化学セルを前記水源に流体接続するようにユーザーに指示することと、
前記水処理システムを前記コントローラーに接続するようにユーザーに指示することと、
を含む、水処理を容易にする方法。 - 前記過硫酸塩を準備することをさらに含む、請求項41に記載の方法。
- 前記コントローラーは、測定された水の流量にさらに応答する、請求項41に記載の方法。
- 前記コントローラーは、測定された過硫酸塩濃度にさらに応答する、請求項41に記載の方法。
- 前記コントローラーは、前記電気化学セルの測定された電流にさらに応答する、請求項41に記載の方法。
- 少なくとも1つの汚染物質を含む水源と流体連通する促進酸化プロセス(AOP)を備える水処理システムを改装する方法であって、
過硫酸塩遊離基の電気化学的生成のための触媒材料を含むカソードを含む電気化学セルを準備することと、
前記電気化学セルを前記水源に流体接続することと、
処理水を生成するために前記電気化学セルを操作して前記水源に導入される過硫酸塩を活性化する指示を準備することと、
を含む、少なくとも1つの汚染物質を含む水源と流体連通する促進酸化プロセス(AOP)を備える水処理システムを改装する方法。 - 前記水処理システムから紫外線(UV)AOPを置き換えることをさらに含む、請求項46に記載の方法。
- 前記電気化学セルは、鉄、銅、ニッケル、コバルトおよびそれらの合金からなる群から選択される金属を含むカソードを備える、請求項46に記載の方法。
- 前記電気化学セルは、白金、マグネリ相酸化チタン、MMOコーティングDSA材料、グラファイト、BDDまたは鉛/酸化鉛のうちの1つを含むアノードを備える、請求項48に記載の方法。
- 前記過硫酸塩を準備することをさらに含む、請求項49に記載の方法。
- 少なくとも前記水源からの水の導入速度、前記水源への前記過硫酸塩の導入速度および前記電気化学セルに印加される電位を調節するように構成されたコントローラーを準備することをさらに含む、請求項46に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201962863459P | 2019-06-19 | 2019-06-19 | |
US62/863,459 | 2019-06-19 | ||
PCT/US2020/038029 WO2020257218A1 (en) | 2019-06-19 | 2020-06-17 | Electrochemically activated persulfate for advanced oxidation processes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022536472A true JP2022536472A (ja) | 2022-08-17 |
Family
ID=74040107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021572037A Pending JP2022536472A (ja) | 2019-06-19 | 2020-06-17 | 促進酸化プロセスのための電気化学的に活性化された過硫酸塩 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220306498A1 (ja) |
EP (1) | EP3986837A4 (ja) |
JP (1) | JP2022536472A (ja) |
CN (1) | CN114127018A (ja) |
AU (1) | AU2020295387A1 (ja) |
CA (1) | CA3140327A1 (ja) |
WO (1) | WO2020257218A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20240010529A1 (en) * | 2020-10-19 | 2024-01-11 | Evoqua Water Technologies Llc | Combined electrochemical advanced oxidation process for removal of organic contamination in water |
CN112939155B (zh) * | 2021-01-29 | 2023-05-16 | 华中科技大学 | 利用活性炭纤维电极电容活化过硫酸盐降解医药废水的方法 |
CN113023842A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-25 | 西安建筑科技大学 | 一种处理抗生素废水的电化学强化催化过硫酸盐方法 |
CN113754031A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-12-07 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 降解水中文拉法辛的方法及电化学处理装置 |
CN114132999B (zh) * | 2021-11-26 | 2023-07-25 | 宁波职业技术学院 | 一种阳极电化学活化过硫酸盐处理印染废水的方法 |
CN114715980B (zh) * | 2022-04-01 | 2023-08-08 | 同济大学 | 一种活化过硫酸盐和o2协同降解全氟化合物的电化学方法 |
CN116212875A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-06-06 | 江苏科技大学 | FeCo/C催化材料、FeCo/C工作电极和电化学传感器 |
CN116514346A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-08-01 | 华东理工大学 | 一种抗生素废水的电强化处置方法 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4445990A (en) * | 1981-11-12 | 1984-05-01 | General Electric Company | Electrolytic reactor for cleaning wastewater |
PL348151A1 (en) * | 1998-12-07 | 2002-05-06 | Zappi Water Purification Syste | Electrolytic apparatus, methods for purification of aqueous solutions and synthesis of chemicals |
CN1594119A (zh) * | 2003-09-11 | 2005-03-16 | 三洋电机株式会社 | 水处理方法及水处理装置 |
CA2689646A1 (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | David T. Schwartzel | Aqueous treatment apparatus utilizing precursor materials and ultrasonics to generate customized oxidation-reduction-reactant chemistry environments in electrochemical cells and/or similar devices |
US20110108438A1 (en) * | 2009-10-02 | 2011-05-12 | Tretheway James A | Electrochemical Liquid Treatment System Using Dose Control |
US20120211367A1 (en) * | 2011-01-25 | 2012-08-23 | President And Fellows Of Harvard College | Electrochemical carbon nanotube filter and method |
WO2012142435A2 (en) * | 2011-04-15 | 2012-10-18 | Advanced Diamond Technologies, Inc. | Electrochemical system and method for on-site generation of oxidants at high current density |
US20130299361A1 (en) * | 2012-05-08 | 2013-11-14 | Advanced Diamond Technologies, Inc. | System and Method for Treatment of Wastewater to Destroy Organic Contaminants by a Diamond Activated Electrochemical Advanced Oxidation Process |
CN102910709B (zh) * | 2012-11-01 | 2014-06-04 | 中国地质大学(武汉) | 一种对有机污染地下水的原位修复方法 |
US10494281B2 (en) * | 2015-01-21 | 2019-12-03 | Evoqua Water Technologies Llc | Advanced oxidation process for ex-situ groundwater remediation |
WO2017049052A1 (en) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | Evoqua Water Technologies Llc | In-situ delivery systems for reaction product abatement in electrochemical cells |
CN105955327A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-09-21 | 中南大学 | 一种重金属废水处理过程的协调控制方法及装置 |
CN108033522B (zh) * | 2017-12-21 | 2020-08-04 | 南昌航空大学 | 一种电催化耦合高级氧化体系 |
CN108083388B (zh) * | 2018-01-09 | 2020-03-27 | 广东工业大学 | 一种去除水中有机污染物的方法 |
CN109179805B (zh) * | 2018-09-28 | 2021-07-09 | 吉林大学 | 一种污水处理装置及其方法 |
WO2020205635A1 (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | Karl William Yost | Systems and methods to treat pfas and other persistent organic compounds and oxidizable matter in aqueous fluids |
CN109867334A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-06-11 | 北京林业大学 | 电场驱动下的催化颗粒电极活化过硫酸盐的方法及应用 |
-
2020
- 2020-06-17 CN CN202080052092.1A patent/CN114127018A/zh active Pending
- 2020-06-17 WO PCT/US2020/038029 patent/WO2020257218A1/en unknown
- 2020-06-17 US US17/620,738 patent/US20220306498A1/en active Pending
- 2020-06-17 JP JP2021572037A patent/JP2022536472A/ja active Pending
- 2020-06-17 CA CA3140327A patent/CA3140327A1/en active Pending
- 2020-06-17 AU AU2020295387A patent/AU2020295387A1/en active Pending
- 2020-06-17 EP EP20827700.4A patent/EP3986837A4/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20220306498A1 (en) | 2022-09-29 |
CA3140327A1 (en) | 2020-12-24 |
EP3986837A1 (en) | 2022-04-27 |
EP3986837A4 (en) | 2023-01-25 |
CN114127018A (zh) | 2022-03-01 |
WO2020257218A1 (en) | 2020-12-24 |
AU2020295387A1 (en) | 2022-01-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2022536472A (ja) | 促進酸化プロセスのための電気化学的に活性化された過硫酸塩 | |
Goyal et al. | Treatment of highly acidic wastewater containing high energetic compounds using dimensionally stable anode | |
Guo et al. | Comparison of emerging contaminant abatement by conventional ozonation, catalytic ozonation, O3/H2O2 and electro-peroxone processes | |
de Luna et al. | Acetaminophen degradation by electro-Fenton and photoelectro-Fenton using a double cathode electrochemical cell | |
Xiao et al. | Electrochemical process combined with UV light irradiation for synergistic degradation of ammonia in chloride-containing solutions | |
Kraft et al. | Anodic oxidation with doped diamond electrodes: a new advanced oxidation process | |
Frangos et al. | Improvement of the degradation of pesticide deethylatrazine by combining UV photolysis with electrochemical generation of hydrogen peroxide | |
Li et al. | Effect of low frequency ultrasonic irradiation on the sonoelectro-Fenton degradation of cationic red X-GRL | |
US20120298592A1 (en) | Organic Contaminant Destruction Using Chlorine or Mixed Oxidant Solution and Ultraviolet Light | |
Tian et al. | Cyanide oxidation by singlet oxygen generated via reaction between H2O2 from cathodic reduction and OCl− from anodic oxidation | |
Ghanbari et al. | Electrooxidation processes for dye degradation and colored wastewater treatment | |
Donoso et al. | Electrochemical and sonochemical advanced oxidation processes applied to tartrazine removal. Influence of operational conditions and aqueous matrix | |
Salmerón et al. | Nanofiltration retentate treatment from urban wastewater secondary effluent by solar electrochemical oxidation processes | |
KR100342786B1 (ko) | 광촉매에 의한 브롬산의 분해방법 및 그 분해장치 | |
Cui et al. | Ti4O7 reactive electrochemical membrane for humic acid removal: Insights of electrosorption and electrooxidation | |
Wang et al. | UV photoelectrochemical process for the synergistic degradation of total ammonia nitrogen (TAN) | |
Crispim et al. | Application of electro-Fenton and photoelectro-Fenton processes for the degradation of contaminants in landfill leachate | |
Bouafia-Chergui et al. | A photo-Fentontreatment of a mixture of three cationic dyes | |
García-Espinoza et al. | Electrochemical removal of carbamazepine in water with Ti/PbO2 cylindrical mesh anode | |
JP2022542227A (ja) | 紫外線促進酸化プロセス制御のための過酸化水素のオンサイト電気化学的生成の制御 | |
JP4978275B2 (ja) | 一次純水製造プロセス水の処理方法及び装置 | |
Aquino et al. | Removal of phthalic acid from aqueous solution using a photo-assisted electrochemical method | |
Ratanatamskul et al. | Application of fenton processes for degradation of aniline | |
JP2022546207A (ja) | アゾール類の処理 | |
AU2009241272A1 (en) | Integrated electrolytic and chemical method for producing clean treated water wherein cyanide species concentration is less than 1 milligram per liter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230613 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240221 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240402 |