申请日2006.11.11
公开(公告)日2007.04.18
IPC分类号C02F1/461
摘要
本发明属于环境工程废水处理技术领域，涉及等离子体弧放电催化水处理方法，是将电解质以一定浓度要求加入到待处理的水溶液中，对反应体系施加脉冲直流电压，使阳电极极表面能够原位生成负载型催化剂进行放电催化，达到有机废水的降解处理的目的。本发明的有益效果是，该放电催化体系具有协同效果好、有机废水的降解处理能效高、反应器设计要求简单等特点，是一种有发展前景的水处理新技术。
权利要求书
1、微等离子体弧放电催化水处理方法，其特征在于，该方法是将电解质以 一定浓度要求加入到待处理的水溶液中，对反应体系施加脉冲直流电压，使阳 电极极表面能够原位生成负载型催化剂进行放电催化，电解质为H3PO4或 NaOH，其浓度范围分别为0.01-1mol/L和1-20g/L，阳极电极为钛金属、钛合 金、掺杂银或铁或钨的钛，阳极电极间距为2mm-1000mm，插入液体中的阳极电 极表面积为1-1000cm2，峰值电压为200-10000V，频率为50Hz-50kHz，占空比 为1/360-1/60，水溶液温度为0-80℃，处理时间为20分钟-4小时，该方法可 分为静态处理和动态处理方式，具体处理步骤为：
1)静态处理方式：在待处理液中按定浓度要求加入电解质，
动态处理方式：在待处理的液体输入管道里可调地注入电解质;
2)打开通风系统;
3)于反应池中插入电极;
5)将混有电解质的待处理液输入反应池中;
(6)接通电源，并逐渐升高电压至放电电压临界值后，在峰值电压为 200-10000V电压值下稳定放电，
7)静态处理方式：定时取样化验水质的变化，按预先的计算处理时间，并 结合化验的结果，确定处理结束时间;
动态处理方式：分析从反应池流出的处理后的水质，结合化验的结果， 调节适当的流量，使处理效果满足要求;
8)处理结束时，对动态方式处理系统，停止输入待处理液于反应池，逐渐 降低电压至10～20V后，再关电源及通风系统。
2、根据权力要求1所述的微等离子体弧放电催化水处理方法，其特征在于， 所述的电解质为Na2CO3、NaAlO2、Na2SO4、Na3PO4中的一种，其浓度范围分 别为1-30g/L、1-30g/L、2-20g/L、10-60g/L。
3、、根据权力要求1所述的微等离子体弧放电催化水处理方法，其特征在 于，所述的阳极电极为钛金属、钛合金、掺杂银或铁或钨的钛。
4、根据权力要求1所述的微等离子体弧放电催化水处理方法，其特征在于， 所述的阳极电极形状为针状或板状。
说明书
微等离子体弧放电催化水处理 方法
技术领域
本发明属于环境工程废水处理技术领域，涉及液下放电催化。
背景技术
放电过程能产生高能环境，产生的等离子体中含有大量高能活性粒子，对 许多分子有破坏作用。这些高能活性粒子与催化剂相结合，能有效提高放电处 理效果，促进有机分子分解，因而成为污染处理技术研究和开发的热点。
高压脉冲放电与催化协同在含挥发性有机物、NOX的气体净化处理领域中已 有广泛的研究[1-7]。然而，液下放电与催化剂协同用于水处理领域的研究较少， 国内外的研究有：在高压脉冲放电水处理系统中加FeSO4、H2O2、纳米铁黄[8-11]等 来提高水质净化的效果，主要利用其与放电生成的H2O2形成类似Fenton试剂，在 等离子体放电火花的协同作用下促进有机物的降解。李杰等[12]提出了将高压脉 冲电晕放电与TiO2催化剂结合技术，利用放电辐射的紫外光激发TiO2光催化效应 进行水处理，其中TiO2是悬浮态存在于水处理体系中。
如果将TiO2催化剂负载置放于或原位生成于放电电极上将更有利于放电与 催化的协同，这种液下电极上的放电催化体系尚未见报道。研究、开发新型液 下电极表面的放电催化水处理技术是本项目的目的。
微等离子弧放电技术是在导电溶液中利用微等离子体放电，直接在铝、钛、 镁等轻金属表面通过复杂的电化学、等离子体化学和热化学过程原位生长氧化 物陶瓷膜层，以此完成对阳极表面的改性[13，14]，是材料学领域新发展的材料表 面改性技术。
在对其放电特性的考察中，本项目发明者发现该技术有与其他放电不可比 拟的优点，能形成更好的TiO2催化环境。首先从放电模式来看[15]，微等离子体 技术具有类似介质阻挡放电的特性，但形成的是微放电通道，因此它既具有弧 光特征，提供高能量，却又温和，且所需峰值电压较低200～600V左右。其次， Ti是少数可以产生微等离子体放电的金属之一，以其为阳极，在酸性电解液中， 其表面可形成以锐钛矿为主要晶型的TiO2陶瓷层[14]。而TiO2在一定的能量场作 用下，如紫外光、超声波、电场等，能经由电子-空穴对的产生而起到催化作用， 因此，利用TiO2催化作用进行水处理一直都是研究热点。而微等离子体技术制 备的TiO2陶瓷层也已被证明有好的光催化活性[16]。
发明内容
本发明针对上述鉴于以上的考虑，提出了一种微等离子体弧放电催化水处理 方法。利用Ti为阳极进行微等离子体放电，原位形成有催化作用的陶瓷层，并 同时对模拟有机废水进行了处理，研究出一种微等离子体放电与催化的协同作 用水处理方法。
本发明的技术方案是，微等离子体弧放电催化水处理方法，该方法是将电 解质以一定浓度要求加入到待处理的水溶液中，对反应体系施加脉冲直流电压， 使阳电极极表面能够原位生成负载型催化剂进行放电催化，电解质为H3PO4或 NaOH，其浓度范围分别为0.01-1mol/L和1-20g/L，阳极电极为钛金属、钛合 金、掺杂银或铁或钨的钛，阳极电极间距为2mm-1000mm，插入液体中的阳极电 极表面积为1-1000cm2，峰值电压为200-10000V，频率为50Hz-50kHz，占空比 为1/360-1/60，水溶液温度为0-80℃，处理时间为20分钟-4小时;该方法可 分为静态处理和动态处理方式，具体处理步骤为：
1)静态处理方式：在待处理液中按定浓度要求加入电解质，
动态处理方式：在待处理的液体输入管道里可调地注入电解质;
2)打开通风系统;
3)于反应池中插入电极;
5)将混有电解质的待处理液输入反应池中;
(6)接通电源，并逐渐升高电压至放电电压临界值后，在峰值电压为 200-10000V电压值下稳定放电，
7)静态处理方式：定时取样化验水质的变化，按预先的计算处理时间，并 结合化验的结果，确定处理结束时间;
动态处理方式：分析从反应池流出的处理后的水质，结合化验的结果， 调节适当的流量，使处理效果满足要求;
8)处理结束时，对动态方式处理系统，停止输入待处理液于反应池，逐渐 降低电压至10～20V后，再关电源及通风系统。
所述的电解质为Na2CO3、NaAlO2、Na2SO4、Na3PO4中的一种，其浓度范 围分别为1-30g/L、1-30g/L、2-20g/L、10-60g/L。所述的阳极电极为钛合 金、掺杂银或铁或钨的钛。阳极电极形状为针状或板状。
本发明的有益效果是，该放电催化体系具有协同效果好、有机废水的降解 处理能效高、反应器设计要求简单等特点，是一种有发展前景的水处理新技术。