申请日2016.03.15
公开(公告)日2016.07.20
IPC分类号C02F1/461; C02F1/72; C02F1/30
摘要
本实用新型公开了一种光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置，包括恒电流/恒电位仪、曝气泵及上、下对应设置的反应槽和电解槽，反应槽及电解槽左侧壁的上、下两端均分别设有进水口和出水口，并通过水管连通实现循环流动，反应槽及电解槽右侧壁底部均设有曝气头，曝气头通过通气管与曝气泵相连接;电解槽内底部的左、右两侧均设有限位槽，电解槽内左、右两侧分别设有阳极及阴极，阳极及阴极的下端分别插入限位槽内，阳极及阴极的上端中部各自设置有引线，并通过引线与恒电流/恒电位仪的电极接口连接。本实用新型将类芬顿、光催化与电化学结合起来，为处理废水降低了成本，简化了操作，提升了实用价值。
权利要求书
1.光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置，其特征在于：包括恒电流/恒电位仪、曝气泵及均为长方体形的反应槽及电解槽，所述反应槽与电解槽上、下对应且反应槽位于电解槽的上方;反应槽左侧壁的上、下两端分别设有第一进水口和第一出水口，反应槽右侧壁底部设有第一曝气头;电解槽左侧壁的上、下两端分别设有第二进水口和第二出水口，电解槽左侧壁内侧第二出水口处设置有微孔过滤层，电解槽右侧壁底部设有第二曝气头，电解槽内底部的左、右两侧均设有U型的限位槽，电解槽内左、右两侧分别设有阳极及阴极，阳极及阴极的下端分别插入左、右两侧的限位槽内，阳极及阴极的上端中部各自设置有引线，阳极和阴极则各自通过引线穿过并伸出电解槽的上端后再与恒电流/恒电位仪的电极接口连接;第一进水口与第二出水口之间连接有第一水管，第一水管上设有抽水泵及第一阀门，第一出水口与第二进水口之间连接有第二水管，第二水管上设有第二阀门，第一曝气头与曝气泵之间及第二曝气头与曝气泵之间均通过通气管相连通。
2.根据权利要求1所述的光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置，其特征在于：所述阳极为网板状的铱钽钛阳极，所述阴极为板状的石墨阴极。
3.根据权利要求1所述的光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置，其特征在于：所述反应槽及电解槽均由有机玻璃制成。
4.根据权利要求1所述的光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置，其特征在于：所述第一曝气头及第二曝气头均为微孔纯钛曝气头。
5.根据权利要求1至4中任一所述的光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置，其特征在于：反应槽正上方设有金卤灯。
说明书
光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置
技术领域
本实用新型属于有机废水处理技术领域，具体涉及一种光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置。
背景技术
近年来，随着工业经济的发展，人类对于化工产品的需要和应用日益增多，不可避免造成了对水资源的污染。处理不及时或不恰当，水体中的有害物质将给人类的生命与健康带来威胁。如何使用低能耗、无污染、简便有效的技术处理废水，一直是专家学者探究的热点，也有着十分重要的意义。
TiO2光催化作为一种基于羟基自由基(·OH)过程的高级氧化技术，在应用于降解废水中的有毒有害、难生物降解的有机污染物方面具有优势。但由于TiO2的光吸收范围限于波长小于387nm的紫外区，而太阳光谱中紫外部分能量通常不到5%，实际应用时需要耗费大量的电能产生紫外光，致使这一高级氧化技术目前难以工程推广应用。
有些研究发现对于处理水环境中的有机物，TiO2掺杂处理虽可拓宽其光吸收范围至可见光区，但将同时影响TiO2的稳定性，掺杂后的TiO2能带间隙变窄，在可见光下对有机污染物的降解有选择性，而H2O2助TiO2可见光催化反应显示较好的应用前景，既不需要复杂的掺杂改性处理而影响TiO2的稳定性，且各类有机污染物也能在此条件下被降解。
由于这一可见光催化反应发生的前提是反应体系中的H2O2吸附于TiO2表面形成复合物，并在吸收可见光后转为自由基等活性物种，在反应的初始阶段，H2O2浓度高，而TiO2吸附性有限，那些不能及时吸附于TiO2表面形成复合物的H2O2，将由于H2O2本身的自分解及自由基捕获特性而消耗掉，不仅H2O2利用率低，也影响自由基等活性物种的生成;而在反应后期，则由于前期损耗，反应体系H2O2浓度太低，反应速率不能维持在较高水平上。提高TiO2的可见光催化活性和H2O2的利用率问题，是现今TiO2光催化技术使用上的重要课题。
实用新型内容
为了改善H2O2助TiO2可见光催化的效率，本实用新型的目的在于提供一种光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置，该装置利用电化学产生H2O2来协助TiO2对可见光产生响应，并循环协同类芬顿反应，不仅提高了废水降解的效果，并且减少了操作和材料浪费。
为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置，包括恒电流/恒电位仪、曝气泵及均为长方体形的反应槽及电解槽，所述反应槽与电解槽上、下对应且反应槽位于电解槽的上方;反应槽左侧壁的上、下两端分别设有第一进水口和第一出水口，反应槽右侧壁底部设有第一曝气头;电解槽左侧壁的上、下两端分别设有第二进水口和第二出水口，电解槽左侧壁内侧第二出水口处设置有微孔过滤层，电解槽右侧壁底部设有第二曝气头，电解槽内底部的左、右两侧均设有U型的限位槽，电解槽内左、右两侧分别设有阳极及阴极，阳极及阴极的下端分别插入左、右两侧的限位槽内，阳极及阴极的上端中部各自设置有引线，阳极和阴极则各自通过引线穿过并伸出电解槽的上端后再与恒电流/恒电位仪的电极接口连接;第一进水口与第二出水口之间连接有第一水管，第一水管上设有抽水泵及第一阀门，第一出水口与第二进水口之间连接有第二水管，第二水管上设有第二阀门，第一曝气头与曝气泵之间及第二曝气头与曝气泵之间均通过通气管相连通。
优选地，所述阳极为网板状的铱钽钛阳极，所述阴极为板状的石墨阴极。
优选地，所述反应槽及电解槽均由有机玻璃制成。
优选地，所述第一曝气头及第二曝气头均为微孔纯钛曝气头。
进一步，本实用新型装置中，光源部分不仅可以采用自然光，也可以采用模拟自然光，为此反应槽正上方可以设置金卤灯。
本实用新型装置在处理废水时，电解槽内加入纳米TiO2，通电、曝气则同时发生阳极氧化和阴极产生H2O2，阴极电解产生的H2O2吸附于纳米TiO2表面，可使其吸收可见光进行催化氧化反应，同时H2O2在其表面被催化分解;反应槽内调节废水初始pH并加入氯化铁，通过反应槽与电解槽内液体的循环流通，将三价铁引入H2O2/TiO2体系中，不仅提高了TiO2光催化效率，而且产生类芬顿效应，进一步提高了废水处理效率。过去方法中添加H2O2很难控制其浓度，并且初始时相对较高浓度会阻碍氧化反应进程，而本实用新型电化学产生H2O2处于动态稳定中，阴极电解产生后不仅助TiO2可见光催化，而且被电解和催化分解产生大量自由基，避免了过多H2O2成为羟基自由基的捕获剂而降低降解效果，使废水有机碳含量减少直至无机化。
本实用新型的有益效果：
1.本实用新型采用铱钽钛阳极、石墨阴极，并采用恒电流/恒电位仪提供直流电源，形成一个电化学处理废水反应器，包含阳极氧化和阴生H2O2;在电解槽中添加TiO2，电解产生的H2O2可助TiO2进行可见光催化，从而解决了TiO2光催化使用时对紫外光能的限制。
2.本实用新型电解槽中H2O2的电解产生与催化分解构成动态平衡，解决了光催化中H2O2利用率不高的问题;另外溶液电解时外加的偏压，可阻止光生电子和空穴的复合，使TiO2达到较高的光催化活性。
3.本实用新型反应槽内对废水调节pH并加入氯化铁，再通过与电解槽的循环流通，将类芬顿、光催化与电化学结合起来，本实用新型装置结构紧凑，为处理废水降低了成本，简化了操作，提升了实用价值。