一種新型過氧化氫發(fā)生器及用于有機廢水電芬頓處理的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種新型H2O2發(fā)生器，具有高效、節(jié)能的特點。其基本構型是空氣擴散陰極置中間的雙電極結構，且陰、陽電極平行放置。與傳統(tǒng)的單電極H2O2發(fā)生器相比，新型H2O2發(fā)生器不僅能產(chǎn)生較高濃度的H2O2，而且電耗可降低60％以上。以此H2O2發(fā)生器為基礎的電芬頓技術對較寬濃度范圍的有機廢水均有較好的處理效果，可作為難降解有機廢水預處理或深度處理。
【專利說明】一種新型過氧化氫發(fā)生器及用于有機廢水電芬頓處理的方 法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境工程【技術領域】，主要涉及一種新型過氧化氫發(fā)生器的構型設計以 及將此發(fā)生器應用于有機廢水的電芬頓處理。
【背景技術】
[0002] 電芬頓主要利用電化學陰極還原產(chǎn)生過氧化氫（H2O2)，并在外加鐵鹽等催化劑條 件下形成具有強氧化性的羥基自由基，從而無選擇性的降解有機污染物。因其高效、環(huán)境友 好等特點，在化工、染料、制藥等難降解廢水的處理方面顯示了較好的應用前景。利用電芬 頓技術對有機廢水處理的優(yōu)劣程度主要取決于高效陰極，陰極H 2O2的產(chǎn)量越大、電流效率 越高越有利于提升處理能效。研究表明，碳材料是產(chǎn)H2O 2的良好材料，常用的陰極材料包 括：石墨、碳氈、碳海綿、發(fā)泡玻璃碳、碳纖維、碳納米管以及氣體擴散電極（⑶E)等。由于常 規(guī)條件下，氧氣在水溶液中的溶解度較低，從而影響了陰極電化學還原性能，而GDE克服了 低溶解氧對H 2O2產(chǎn)量的限制，被認為是產(chǎn)H2O2的最佳電極。
[0003] 但目前使用的電芬頓系統(tǒng)中，GDE通常采用單電極結構，且陰極面朝下，此構型不 僅影響陰陽兩極之間電子的傳質和反應，更增加了處理的電耗。并且，這種兩電極不平行放 置的體系也極大的影響了該技術的放大和應用。因此，如何創(chuàng)新陰陽兩極平行放置的高效 ⑶E，構建新型H 2O2發(fā)生器并應用于污染物的電芬頓處理十分有必要。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明的新型H2O2發(fā)生器：圓筒型密封的氣體擴散陰極置于反應器中間，由一個 空氣進氣口、一個出氣口和兩個以導線相連的氣體擴散電極片構成。該陰極與兩片陽極平 行放置，兩極間距為〇. 3-3cm。過氧化氫發(fā)生過程，通過調節(jié)空氣流量0. 05-0. 8L/min和陰 極電流密度5-lOOmA/cm2控制產(chǎn)過氧化氫產(chǎn)量。
[0005] 本發(fā)明處理有機廢水的方法如下：將有機廢水調節(jié)pH值為2-5,并加入亞鐵 0. 1-lmM，啟動該新型H2O2發(fā)生器，根據(jù)廢水水質控制合適空氣流量、陰極電流密度，即可進 行廢水處理。
[0006] 本發(fā)明具有以下的突出特點和有益效果：
[0007] (1)該新型的H2O2發(fā)生器可以高效地產(chǎn)生高濃度的H 2O2。在電流密度為50mA/cm2、 pH = 7條件下，3h后H2O2產(chǎn)量高達2000mg/L以上。
[0008] (2)該新型H2O2發(fā)生器較傳統(tǒng)單電極H2O 2發(fā)生器更高效節(jié)能，產(chǎn)H2O2的單位電耗 不到為傳統(tǒng)發(fā)生器的36%。
[0009] (3)以該新型的H2O2發(fā)生器為基礎的電芬頓系統(tǒng)對有機廢水濃度適應范圍廣，既 可用作低濃度廢水的深度處理，也可用于較高濃度廢水的預處理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1為新型H2O2發(fā)生器構型
[0011] 圖2為新型H2O2發(fā)生器與傳統(tǒng)H2O2發(fā)生器的H 2O2產(chǎn)量及電流效率對比
[0012] 圖3為不同濃度酒石黃廢水的電芬頓處理效果
【具體實施方式】
[0013] 本發(fā)明通過以下實例結合附圖進一步詳述。
[0014] (1)本發(fā)明的新型H2O2發(fā)生器的構型
[0015] 新型H2O2發(fā)生器的構型圖如圖1所示。圓筒型密封的氣體擴散陰極置于反應器中 間，由一個空氣進氣口、一個出氣口和兩個以導線相連的氣體擴散電極片構成。該陰極與兩 片陽極平行放置。過氧化氫發(fā)生過程，通過調節(jié)空氣流量和陰極電流密度控制產(chǎn)過氧化氫 產(chǎn)量。
[0016] (2)新型H2O2發(fā)生器與傳統(tǒng)的H2O 2發(fā)生器的比較
[0017] 該實例比較了新型H2O2發(fā)生器與傳統(tǒng)的H2O2發(fā)生器在各個方面的效果。實驗條件 如下：體積為200mL，pH = 7,電解質為0. 05M無水硫酸鈉，空氣流速為0. 5L/min，電流密度 為7. ImA/cm2。如圖2, 3h后，新型H2O2發(fā)生器可產(chǎn)生的H2O2量為566mg/L，而傳統(tǒng)的H 2O2發(fā) 生器的H2O2產(chǎn)量只有487mg/L。如表1所示，相同電流密度下（7. ImA/cm2)，傳統(tǒng)的H2O2發(fā)生 器產(chǎn)單位過氧化氫的電耗為24kWh/kg，而新型H 2O2發(fā)生器卻僅為8. 6kWh/kg，不及傳統(tǒng)H2O2 發(fā)生器的36%，大大節(jié)約了電耗；此外，新型H2O2發(fā)生器的電流效率比傳統(tǒng)的H2O 2發(fā)生器要 高 10% -20%。
[0018] 表1新型與傳統(tǒng)過氧化氫發(fā)生器的能效對比
[0019]
【權利要求】
1. 一種新型H2o2發(fā)生器的構型。 圓筒型密封的氣體擴散陰極置于反應器中間，由一個空氣進氣口、一個出氣口和兩個 以導線相連的氣體擴散電極片構成。該陰極與兩片陽極平行放置，兩極間距為〇.3-3cm。過 氧化氫發(fā)生過程，通過調節(jié)空氣流量〇. 05-0. 8L/min和陰極電流密度5-lOOmA/cm2控制產(chǎn) 過氧化氫產(chǎn)量。
2. 根據(jù)權利要求1所述構型，其特征在于陽極為金屬氧化物電極，陰極為空氣擴散電 極。
3. 該新型H202發(fā)生器電芬頓處理廢水方法 將有機廢水調節(jié)pH值為2-5,并加入亞鐵0. 1-lmM，啟動該新型H202發(fā)生器，根據(jù)廢水 水質控制合適空氣流量、陰極電流密度，即可進行廢水處理。
【文檔編號】C02F1/72GK104372371SQ201410497594
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權日:2014年9月24日
【發(fā)明者】周明華, 于新民 申請人:南開大學