申请日2012.07.11
公开(公告)日2012.10.17
IPC分类号C02F1/30; C02F1/28; C02F1/72; C02F1/48
摘要
本发明公开了一种可见光增强电催化降解有机废水的装置及方法;本发明的装置包括有机废水容器、光电阳极、阴极和直流电源，所述有机废水容器上设有入水口和出水口，所述光电阳极和阴极位于有机废水容器内，所述光电阳极包括导电基底和安装在导电基底上的硅片，硅片紧贴导电基底的一面设有金属镀层，另一面设有微米或纳米孔道，所述光电阳极的导电基底与直流电源的正极连接，所述阴极与直流电源的负极连接;本发明的使用上述装置降解有机废水的方法，以可见光照射所述光电阳极激发光电子和空穴，同时通过直流电源对光电阳极施加电压，使光电阳极在电场偏压协同作用下进行光催化降解有机废水。本发明实现了可见光光催化和选择性光催化。
权利要求书
1.一种可见光增强电催化降解有机废水的装置，其特征在于：包括有机废水容器(1)、光电阳极、阴极(2)和直流电源(3)，所述有机废水容器(1)上设有入水口(4)和出水口(5)，所述光电阳极和阴极(2)位于有机废水容器(1)内，所述光电阳极包括导电基底(6)和安装在导电基底(6)上的硅片(7)，硅片(7)紧贴导电基底(6)的一面设有金属镀层，另一面设有微米或纳米孔道，所述光电阳极的导电基底(6)与直流电源(3)的正极连接，所述阴极(2)与直流电源(3)的负极连接。
2.根据权利要求1所述的可见光增强电催化降解有机废水的装置，其特征在于：所述导电基底(6)上设有固定槽，所述硅片(7)与固定槽可拆卸式连接。
3.根据权利要求2所述的可见光增强电催化降解有机废水的装置，其特征在于：所述硅片(7)的孔道孔径范围为20nm~15μm。
4.根据权利要求1所述的可见光增强电催化降解有机废水的装置，其特征在于：所述阴极(2)为导电玻璃阴极。
5.根据权利要求1所述的可见光增强电催化降解有机废水的装置，其特征在于：所述光电阳极和阴极(2)分别位于有机废水容器(1)的背面和正面。
6. 根据权利要求1所述的可见光增强电催化降解有机废水的装置，其特征在于：所述有机废水容器(1)的顶部设有搅拌装置(8)。
7.根据权利要求1所述的可见光增强电催化降解有机废水的装置，其特征在于：所述有机废水容器(1)的底部设有曝气装置(9)，所述曝气装置(9)通过管道与送气装置(10)连通。
8.使用权利要求1至7任意一项所述的装置降解有机废水的方法，其特征在于：以可见光照射所述光电阳极激发光电子和空穴，同时通过直流电源(3)对光电阳极施加电压，使光电阳极在电场偏压协同作用下进行光催化降解有机废水。
9.根据权利要求8所述的降解有机废水的方法，其特征在于：根据需要优先选择吸附的目标污染物的尺寸大小，在所述光电阳极上设置具有相应孔道孔径的硅片(7)。
10. 根据权利要求9所述的降解有机废水的方法，其特征在于：所述可见光为太阳光，直流电源(3)对光电阳极施加的电压在1.2V以下，降解有机废水时对废水进行搅拌，搅拌速度为500~2000 r/min。
说明书
可见光增强电催化降解有机废水的装置及方法
技术领域
本发明属于光催化技术处理有机废水技术领域，具体涉及一种可见光增强电催化降解有机废水的装置及方法。
背景技术
随着我国工业的发展，有机废水的排放量日益增加，光催化氧化技术是有机废水处理的新技术、新方法。光催化氧化技术是在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料，同时结合一定量的光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子-空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子-空穴作用，产生·HO等氧化性极强的自由基，再通过与有机污染物之间的羟基加和、取代、电子转移等使有机污染物全部或接近全部矿化降解。
但是光催化氧化技术在实际应用中存在诸多的不足及制约因素：目前主要使用的光催化剂是二氧化钛，二氧化钛的禁带宽度为3.2ev，由于光激发的能量需要大于或等于禁带，因此需要高能量的紫外光激发;光激发所产生的电子-空穴对极易复合，光催化的量子效率很低( 一般小于0.1%);有机物分子需要吸附在光催化剂表面进行反应，而有机废水中有机物种类复杂，现有的光催化剂选择吸附性差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可见光增强电催化降解有机废水的装置及方法，实现可见光光催化，并且可以选择性吸附有机物分子，实现选择性光催化。
本发明公开了一种可见光增强电催化降解有机废水的装置，包括有机废水容器、光电阳极、阴极和直流电源，所述有机废水容器上设有入水口和出水口，所述光电阳极和阴极位于有机废水容器内，所述光电阳极包括导电基底和安装在导电基底上的硅片，硅片紧贴导电基底的一面设有金属镀层，另一面设有微米或纳米孔道，所述光电阳极的导电基底与直流电源的正极连接，所述阴极与直流电源的负极连接。
进一步，所述导电基底上设有固定槽，所述硅片与固定槽可拆卸式连接。
进一步，所述硅片的孔道孔径范围为20nm~15μm。
进一步，所述阴极为导电玻璃阴极。
进一步，所述光电阳极和阴极分别位于有机废水容器的背面和正面。
进一步，所述有机废水容器的顶部设有搅拌装置。
进一步，所述有机废水容器的底部设有曝气装置，所述曝气装置通过管道与送气装置连通。
本发明还公开了使用上述装置降解有机废水的方法，以可见光照射所述光电阳极激发光电子和空穴，同时通过直流电源对光电阳极施加电压，使光电阳极在电场偏压协同作用下进行光催化降解有机废水。
进一步，根据需要优先选择吸附的目标污染物的尺寸大小，在所述光电阳极上设置具有相应孔道孔径的硅片。
进一步，所述可见光为太阳光，直流电源对光电阳极施加的电压在1.2V以下，降解有机废水时对废水进行搅拌，搅拌速度为500~2000 r/min。
本发明的有益效果在于：
1)本发明在光电阳极上设置硅片作为催化基材，硅属于半导体，带宽小，仅1.1ev，电化学修饰后为最大带隙2.1ev，均在可见光范围内即有吸收，可见光照射后即能激发光电子和空穴，进行光催化降解，因此，本发明采用可见光替代传统的紫外线激发光电子和空穴，实现了可见光光催化;
2)本发明同时对光电阳极施加电压，加强了光电阳极对有机废水中有机粒子的吸附作用，达到了光电协同降解有机废水的目的;另外，硅半导体中的电子在电场驱动下转移更快，整个体系的能量传输率提高，提高了反应体系的催化效率;
3)本发明中使用的硅片表面设有微米或纳米孔道，而硅片表面的这种几何形貌结构就充当了分子筛的作用，不同孔道孔径的硅片可以选择性吸附不同尺寸大小的有机物分子，实现了选择性光催化。