申请日2015.11.13
公开(公告)日2016.01.20
IPC分类号C02F1/32; C02F1/72; C02F103/30
摘要
本发明属于环境保护和污水处理领域，具体涉及一种紫外光协同电Fenton体系降解待处理的含有污染物的废液的方法及设备。所述方法利用紫外光、光协同催化和电Fenton组成的紫外光协同电Fenton体系，将待处理的含有污染物的废液置于该体系中进行有效降解。本发明将光催化和电化学氧化有机结合起来，提高了传统Fenton体系对待处理的含有污染物的废液的降解效率。
权利要求书
1.一种紫外光协同电Fenton体系降解待处理的含有污染物的废液的方法，其特征在于，在紫外光条件下，在紫外光协同电Fenton体系中，对待处理的含有污染物的废液进行降解;
并且，所述的紫外光协同电Fenton体系包括：紫外光发生装置、阴极电极、惰性阳极和电解质溶液，其中，所述阴极电极含有(a)聚四氟乙烯，和(b) 石墨和/或碳纳米管。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(b)石墨和/或碳纳米管与(a)聚四氟乙烯的质量比为100:1-1:1,较佳地为50:1-3:1，更佳地为 25:1-10:1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管比表面积为 50-500m2/g，较佳地为100-300m2/g。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解质溶液为硫酸盐溶液，较佳地为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硫酸铵溶液、或其组合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外光发生装置照射到所述紫外光协同电Fenton体系的紫外光强度为10-100μw/cm2，较佳地为 20-80μw/cm2，更佳地为30-60μw/cm2。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有污染物的废液选自下组：染料废水、制药废水、生活污水、或其组合。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性阳极电极和阴极电极之间的电压为2-10V/cm,较佳地3-6V/cm。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)制备所述阴极电极，其中所述阴极电极含有(a)聚四氟乙烯，和(b)石墨和/或碳纳米管;
(2)将步骤(1)制得的阴极电极与惰性阳极以及电解质溶液组成Fenton体系，同时施加一定电压和紫外光辐照。
9.一种污染物处理装置，其特征在于，所述装置包括：紫外光协同电Fenton 体系，所述紫外光协同电Fenton体系包括：紫外光发生装置、阴极电极、惰性阳极和电解质溶液，其中，所述阴极电极含有(a)聚四氟乙烯，和(b)石墨和 /或碳纳米管。
10.一种用权利要求9所述的装置的用途，其特征在于，所述污染物处理装置通过如权利要求1所述的方法，降解待处理的含有污染物的废液。
说明书
紫外光协同电Fenton体系降解有机废水的方法及设备
技术领域
本发明属于环境保护和污水处理领域，具体涉及一种紫外光协同电Fenton 体系降解待处理的含有污染物的废液的方法及设备。
背景技术
随着印染工业的迅速发展，随之产生大量染料废水，染料分子结构比较稳定，难于生物降解，并且在氧化还原过程中还可能产生具有致癌作用的芳香胺，若不进行有效处理，会给水体环境带来污染。传统的高级氧化技术，如Fenton 氧化法和光催化法，虽然可以有效降解染料废水，但其降解效率较低，处理后废水的总有机碳含量普遍偏高。
因此，本领域迫切需要开发一种同时能够快速、高效降解有机染料废水的紫外光协同电Fenton体系降解待处理的含有污染物的废液的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时能够快速、高效降解有机染料废水的紫外光协同电Fenton体系降解待处理的含有污染物的废液的方法及其应用。
在本发明的第一方面，提供了一种紫外光协同电Fenton体系降解待处理的含有污染物的废液的方法，在紫外光条件下，在紫外光协同电Fenton体系中，对待处理的含有污染物的废液进行降解;
并且，所述的紫外光协同电Fenton体系包括：紫外光发生装置、阴极电极、惰性阳极和电解质溶液，其中，所述阴极电极含有(a)聚四氟乙烯，和(b) 石墨和/或碳纳米管。
在另一优选例中，所述(b)石墨和/或碳纳米管与(a)聚四氟乙烯的质量比为100:1-1:1,较佳地为50:1-3:1，更佳地为25:1-10:1。
在另一优选例中，所述阴极电极中，所述(b)石墨和/或碳纳米管与(a)聚四氟乙烯的重量之和占阴极电极重量的90-100%，较佳地95-100%，更佳地 97-99%。
在另一优选例中，所述碳纳米管的纯度≥98%(如98-99.99%)。
在另一优选例中，所述碳纳米管平均直径为1-50μm，较佳地为2-40μm，更佳地为10-30μm。
在另一优选例中，所述碳纳米管比表面积为50-500m2/g，较佳地为 100-300m2/g。
在另一优选例中，所述碳纳米管选自下组：单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、或其组合。
在另一优选例中，所述石墨为鳞片状高纯石墨。
在另一优选例中，所述石墨纯度≥99wt%(如99-99.99wt%)。
在另一优选例中，所述石墨的平均直径为10-100μm，较佳地为10-50μm，更佳地为20-30μm。
在另一优选例中，所述惰性阳极为惰性贵金属电极，较佳地为铂电极。
在另一优选例中，所述电解质溶液为硫酸盐溶液，较佳地为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硫酸铵溶液、或其组合。
在另一优选例中，所述电解质溶液为含Fe2+盐或Fe3+盐的硫酸盐溶液，优选地，所述Fe2+盐为氯化亚铁，硫酸亚铁和/或硝酸亚铁。
在另一优选例中，所述电解质溶液中Fe2+的添加量为0.1-2.0mmol/L，较佳地为0.3-1.8mmol/L，更佳地为0.5-1.5mmol/L。
在另一优选例中，所述紫外光发生装置照射到所述紫外光协同电Fenton 体系的紫外光强度为10-100μw/cm2，较佳地为20-80μw/cm2，更佳地为 30-60μw/cm2。
在另一优选例中，所述紫外光发生装置为外照式紫外光发生装置，采用光源为汞弧灯(220V,35W),灯管总长300mm,发光段长200mm,管径20mm。
在另一优选例中，所述含有污染物的废液选自下组：染料废水、制药废水、生活污水、或其组合。
在另一优选例中，所述含有污染物的废液为有机染料废水。
在另一优选例中，所述含有污染物的废液为含有选自下组的有机染料的废水：罗丹明B、孔雀绿、橙Ⅱ、或其组合。
在另一优选例中，所述含有污染物的废液的COD为10-300mg/L,优选为 100-150mg/L。
在另一优选例中，所述惰性阳极电极和阴极电极之间的电压为2-10V/cm, 较佳地3-6V/cm。
在另一优选例中，所述阳极电极和阴极电极之间的距离为1-6cm，较佳地为 2-4cm。
在另一优选例中，所述电Fenton体系还包括外加电源。
在另一优选例中，所述外加电压为1-10V，较佳地为2-7V，更佳地为3-4V。
在另一优选例中，所述紫外光协同电Fenton体系(含或不含待处理的含有污染物的废液)的pH范围为2-5，较佳地所述有机废水pH范围为3-4。
在另一优选例中，所述紫外光协同电Fenton体系温度为6-45℃，较佳地为10-35℃，更佳地为20-25℃。
在另一优选例中，所述方法包括如下步骤：
(1)制备所述阴极电极，其中所述阴极电极含有(a)聚四氟乙烯，和(b)石墨和/或碳纳米管;
(2)将步骤(1)制得的阴极电极与惰性阳极以及电解质溶液组成Fenton体系，同时施加一定电压和紫外光辐照。
在另一优选例中，所述方法包括如下步骤(3)：向所述紫外光协同电Fenton 体系中添加所述待处理的含有污染物的废液，在一定电压下通电一段时间，对所述污染物进行降解。
在另一优选例中，在所述步骤(1)中，包括如下步骤：将以下阴极电极原料进行混合，获得第一混合物：碳纳米管、聚四氟乙烯、乳化剂和C1-C6醇溶剂;以及对所述第一混合物进行烧结，从而制得所述的阴极电极。
在另一优选例中，在所述步骤(1)中，包括如下步骤：取一定量的碳纳米管，聚四氟乙烯，OP乳化剂和C1-C3醇溶剂混合形成膏体，将所述膏体碾压成膜状，附着在金属网上，在液压机上进行压制，制得阴极电极，于丙酮溶液中浸泡一段时间除去电极表面残留的乙醇和聚四氟乙烯。
在另一优选例中，所述步骤(2)为：将步骤(1)得到的碳纳米管电极为阴极，铂片为阳极，含亚铁盐的硫酸钠酸性溶液为电解质，施加直流稳压和紫外光辐照，形成紫外光协同电Fenton体系。
在另一优选例中，所述的乳化剂为OP乳化剂。
在另一优选例中，所述的乳化剂的用量为第一混合物总重量的0.01-1.0wt %，较佳地为0.03-0.6wt%，更佳地为0.05-0.3wt%。
本发明第二方面，提供一种污染物处理装置，所述装置包括：紫外光协同电Fenton体系。
在另一优选例中，所述紫外光协同电Fenton体系包括：紫外光发生装置、阴极电极、惰性阳极和电解质溶液，其中，所述阴极电极含有(a)聚四氟乙烯，和(b)石墨和/或碳纳米管;
在另一优选例中，所述装置还包括曝气装置。
在另一优选例中，所述装置还包括搅拌装置。
在另一优选例中，所述装置还包括污染物检测装置。
本发明第三方面，提供一种用本发明第二方面所述的装置的用途，所述污染物处理装置通过如本发明第一方面所述的方法，降解待处理的含有污染物的废液。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。