基于阴极产生双氧水处理难降解废水技术

　　申请日2014.06.23

　　公开(公告)日2014.09.03

　　IPC分类号C02F1/467

　　摘要

　　本发明公开了属于难降解有机废水的电化学处理技术领域的基于阴极产生双氧水的电-Fenton法处理难降解废水的装置。该装置由电解槽、负载Pt掺杂NiO-SnO镀CuO膜钛基阳极板、三维多孔膜阴极板、极板卡槽、曝气头、气体流量计、气瓶、稳压稳流电源和电线组成。极板卡槽为固定式，在电解槽中共放置4个极板卡槽，每个极板卡槽上均匀设置5个卡位，用于选择合适的间距插入负载Pt掺杂NiO-SnO镀CuO膜钛基阳极板和三维多孔膜阴极板。曝气头安置于三维多孔膜阴极板的下部，将气体流量计与气瓶相连以控制三维多孔膜阴极板表面均匀曝气。本发明的有益效果是，该装置对含多种难降解有机化合物废水处理效率高、成本低、操作简单。

　　摘要附图

　　权利要求书

　　1.基于阴极产生双氧水的电-Fenton法处理难降解废水的装置，其特征在于，该装置由电解槽、负载Pt掺杂NiO-SnO镀CuO膜钛基阳极板、三维多孔膜阴极板、极板卡槽、曝气头、气体流量计、气瓶、稳压稳流电源和电线组成;极板卡槽为固定式，在电解槽中共放置 4个极板卡槽，每个极板卡槽上均匀设置5个卡位，用于选择合适的间距插入载Pt掺杂 NiO-SnO镀CuO膜钛基阳极板和三维多孔膜阴极板;曝气头安置于三维多孔膜阴极板的下部，将气体流量计与气瓶相连以控制三维多孔膜阴极板表面均匀曝气;其中，三维多孔膜阴极板由如下方法制备：

　　(1)取6.5g石墨粉加入500mL烧杯中，加入100mL去离子水并煮沸2h，除去上层杂质并真空抽滤，将抽滤后的石墨粉放入95℃烘箱中干燥12h，得到物质A;

　　(2)将物质A放入500mL烧杯中，向烧杯中加入100mL浓度为0.45mol/L的HCl，搅拌6h后放入95℃烘箱中干燥24h，得到物质B;

　　(3)将长度为60mm、宽度为40mm、厚度为2mm的钛网放入1000mL烧杯中，加入 700mL去离子水并煮沸1h，取出钛网用250mL去离子水清洗，将清洗后的钛网放入500mL 烧杯中，加入100mL浓度为0.1mol/L的盐酸溶液浸泡0.5h，然后取出钛网用250mL去离子水冲洗，晾干后得到物质C;

　　(4)将4.5g物质B放入500mL烧杯中，然后加入10mL浓度为4.5mol/L的KCl水溶液、 8.5mL质量百分比浓度为30%的辛基酚聚氧乙烯醚水溶液、40mL乙醇、35mL叔丁醇，在 100r/min条件下搅拌10min，然后加入7.5mL质量百分比浓度为70%的聚四氟乙烯乳液，在 100r/min条件下搅拌10min，得到溶液A，将溶液A放入95℃恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物A;

　　(5)将膏状物A涂抹在物质C的一侧得到物质D，将物质D放于压片机上，在压力为 2t条件下保压1min，得到物质E;

　　(6)将50ml浓度为0.5mol/L的Pt(NO3)2加入150ml异丙醇中，得到溶液B;

　　(7)将10ml浓度为0.5mol/L的Sr(NO3)2溶液和100ml浓度为0.5mol/L的CoCl2溶液加入到120ml异丙醇和5ml浓盐酸中，然后再加入10ml浓度为0.5mol/L的NiCl2溶液，摇匀得到溶液C;

　　(8)将0.8g物质B放入500mL烧杯中，然后加入5.5mL浓度为4.5mol/L的KCl水溶液、4.5mL质量百分比浓度为30%的辛基酚聚氧乙烯醚水溶液、40mL乙醇、35mL叔丁醇、 5mL溶液B、7mL溶液C，在100r/min条件下搅拌10min，然后加入2.5mL质量百分比浓度为70%的聚四氟乙烯乳液，在100r/min条件下搅拌10min，得到溶液D，将溶液D放入80℃ 恒温水浴锅中，至溶液呈膏状，得到膏状物B;

　　(9)将膏状物B涂抹在物质E的另一侧得到物质F，将物质F放于压片机上，在压力为 2t条件下保压1min，得到物质G;

　　(10)将物质G放入300℃马弗炉中煅烧1h，然后放在热压机中，在温度为350℃，压力为10t的条件下保压1min，冷却后即可得到三维多孔膜阴极板。

　　2.根据权利要求1所述基于阴极产生双氧水的电-Fenton法处理难降解废水的装置，其特征在于，该装置中的负载Pt掺杂NiO-SnO镀CuO膜钛基阳极板由如下方法制备：

　　(1)用240号氧化铝耐水砂纸将钛片表面打磨至出现金属光泽，然后将其放入培养皿中，倒入50mL丙酮，在40kHz超声波清洗仪中用洗涤剂溶液清洗除油30min，取出先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗，然后放置在40kHz超声波清洗仪中用去离子水清洗15min;

　　(2)将步骤(1)得到的钛片放置在10%的草酸溶液中刻蚀2h，然后取出先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗后放置在40kHz超声波仪器中用去离子水清洗15min，晾干后保存在无水乙醇中备用;

　　(3)利用辉光放电对步骤(2)得到的钛片表面进行预处理10min，然后在MS56A型高真空多靶磁控溅射机上完成磁控溅射镀铂得到物质A，其中阴极靶材为铂片，钛片作为阳极基片，操作模式为射频溅射，真空度为8.0×10-2Pa，功率为100W，氩气压力为1pa;

　　(4)将正丁醇、异丙醇、异丁醇、无水乙醇按等体积比例混合，得到溶液A;将SnCl2.H2O 溶于无水乙醇制成浓度为0.5mol/L的溶液B;将Ni(NO3)2.6H2O溶于无水乙醇制成浓度为0.5 mol/L的溶液C1，另将Ni(NO3)2.6H2O溶于水中制成浓度为0.5mol/L的溶液并加入5滴硝酸以防水解，得到溶液C2;将Cu(NO3)2溶于水中制成浓度为0.5mol/L的溶液，加入5滴硝酸以防水解，得到溶液D;

　　(5)将溶液B与溶液C1按体积比2∶8混合，得到溶液E1;将溶液E1与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F1-1、溶液F1-2、溶液F1-3;

　　(6)将溶液B与溶液C1按体积比4∶6混合，得到溶液E2;将溶液E2与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F2-1、溶液F2-2、溶液F2-3;

　　(7)将溶液B与溶液C1按体积比6∶4混合，得到溶液E3;将溶液E3与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F3-1、溶液F3-2、溶液F3-3;

　　(8)将溶液B与溶液C1按体积比8∶2混合，得到溶液E4;将溶液E4与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量3份，得到溶液F4-1、溶液F4-2、溶液F4-3;

　　(9)将溶液C2与溶液D按体积比3∶7混合，得到溶液G1;将溶液G1与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量2份，得到溶液H1-1、溶液H1-2;

　　(10)将溶液C2与溶液D按体积比1∶9混合，得到溶液G2;将溶液G2与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量2份，得到溶液H2-1、溶液H2-2;

　　(11)将溶液D与溶液A等体积比混合，摇匀后分成等量4份，得到溶液D1、溶液D2、溶液D3、溶液D4;

　　(12)将步骤(3)得到的物质A浸入到溶液F1-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍， 3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-1;

　　(13)将物质B1-1浸入到溶液F2-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-1;

　　(14)将物质B2-1浸入到溶液F3-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-1;

　　(15)将物质B3-1浸入到溶液F4-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-1;

　　(16)将物质B4-1浸入到溶液F1-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-2;

　　(17)将物质B1-2浸入到溶液F2-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-2;

　　(18)将物质B2-2浸入到溶液F3-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-2;

　　(19)将物质B3-2浸入到溶液F4-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-2;

　　(20)将物质B4-2浸入到溶液F1-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B1-3;

　　(21)将物质B1-3浸入到溶液F2-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B2-3;

　　(22)将物质B2-3浸入到溶液F3-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质B3-3;

　　(23)将物质B3-3浸入到溶液F4-3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质B4-3;

　　(24)将物质B4-3浸入到溶液H1-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质C1-1;

　　(25)将物质C1-1浸入到溶液H2-1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质C2-1;

　　(26)将物质C2-1浸入到溶液H1-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质C1-2;

　　(27)将物质C1-2浸入到溶液H2-2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质C2-2;

　　(28)将物质C2-2浸入到溶液D1中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质D1;

　　(29)将物质D1浸入到溶液D2中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到物质D2;

　　(30)将物质D2浸入到溶液D3中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，得到物质D3;

　　(31)将物质D3浸入到溶液D4中，并在磁力搅拌器作用下均匀浸渍，3h后取出晾干，然后在100℃条件下干燥10h，将干燥后的物质置于马弗炉中在600℃条件下焙烧4h，得到的物质即为负载Pt掺杂NiO-SnO镀CuO膜的钛基阳极板。

　　说明书

　　基于阴极产生双氧水的电-Fenton法处理难降解废水的装置

　　技术领域

　　本发明属于难降解有机废水的电化学处理技术领域，具体涉及基于阴极产生双氧水的电 -Fenton法处理难降解废水的装置。

　　背景技术

　　电-Fenton法通过产生羟基自由基等强氧化性的活性基团来降解废水中的有机污染物，具有无二次污染、成本低、适用性强、效率高等特点，在处理高浓度、难生化降解废水方面具有应用潜力。为增强难生化降解废水的电-Fenton法处理效果，提高电解槽单位体积有效反应面积、传质效果和电流效率是非常关键的问题，因此需要开发新型高效的电-Fenton反应器。同时，将反应器的开发和与之相匹配的电极制备相结合进行，使电极的催化效率得到充分发挥是目前研究的重点之一。因此选择适合的电极材料和对其改性，以改善电极的表面催化性能，便成了电化学工作者研究的新课题。近30年来，钛基板电极已发展成为金属氧化物电极的主要形式，目前修饰钛电极所使用的金属氧化物主要有氧化钌、氧化锰、氧化铅、氧化铂、氧化铱、锡锑氧化物等。电催化电极的表面微观结构和状态是影响电催化性能的重要因素，而电极的制备方法直接影响到电极的表面结构，因而选择合适的电极制备方法是提高电极电催化活性至关重要的关键环节。目前还缺少将反应器的开发和与之相匹配的电极制备相结合方面的研究。

　　发明内容

　　本发明的目的是提供基于阴极产生双氧水的电-Fenton法处理难降解废水的装置。本发明的具体内容如下：

　　基于阴极产生双氧水的电-Fenton法处理难降解废水的装置由电解槽(1)，负载Pt掺杂 NiO-SnO镀CuO膜钛基阳极板(2)，三维多孔膜阴极板(3)，极板卡槽(4)，曝气头(5)，气体流量计(6)，气瓶(7)，稳压稳流电源(8)和电线(9)组成。极板卡槽(4)为固定式，在电解槽(1)中共放置4个极板卡槽(4)，每个极板卡槽上均匀设置5个卡位，用于选择合适的间距插入负载Pt掺杂NiO-SnO镀CuO膜钛基阳极板(2)和三维多孔膜阴极板(3)。曝气头(5)安置于三维多孔膜阴极板(3)的下部，将气体流量计(6)与气瓶(7)相连以控制三维多孔膜阴极板(3)表面均匀曝气。

　　其中，所述三维多孔膜阴极板由如下方法制备：