光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于有機(jī)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)于化工產(chǎn)品的需要和應(yīng)用日益增多，不可避免造成了對(duì)水資源的污染。處理不及時(shí)或不恰當(dāng)，水體中的有害物質(zhì)將給人類的生命與健康帶來(lái)威脅。如何使用低能耗、無(wú)污染、簡(jiǎn)便有效的技術(shù)處理廢水，一直是專家學(xué)者探究的熱點(diǎn)，也有著十分重要的意義。
[0003]T12光催化作為一種基于羥基自由基(.0H)過(guò)程的高級(jí)氧化技術(shù)，在應(yīng)用于降解廢水中的有毒有害、難生物降解的有機(jī)污染物方面具有優(yōu)勢(shì)。但由于T12的光吸收范圍限于波長(zhǎng)小于387nm的紫外區(qū)，而太陽(yáng)光譜中紫外部分能量通常不到5%，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要耗費(fèi)大量的電能產(chǎn)生紫外光，致使這一高級(jí)氧化技術(shù)目前難以工程推廣應(yīng)用。
[0004]有些研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于處理水環(huán)境中的有機(jī)物，T12摻雜處理雖可拓寬其光吸收范圍至可見(jiàn)光區(qū)，但將同時(shí)影響T12的穩(wěn)定性，摻雜后的T12能帶間隙變窄，在可見(jiàn)光下對(duì)有機(jī)污染物的降解有選擇性，而H2O2助T12可見(jiàn)光催化反應(yīng)顯示較好的應(yīng)用前景，既不需要復(fù)雜的摻雜改性處理而影響T12的穩(wěn)定性，且各類有機(jī)污染物也能在此條件下被降解。
[0005]由于這一可見(jiàn)光催化反應(yīng)發(fā)生的前提是反應(yīng)體系中的H2O2吸附于T12表面形成復(fù)合物，并在吸收可見(jiàn)光后轉(zhuǎn)為自由基等活性物種，在反應(yīng)的初始階段，H2O2濃度高，而T12吸附性有限，那些不能及時(shí)吸附于T12表面形成復(fù)合物的H2O2，將由于H2O2本身的自分解及自由基捕獲特性而消耗掉，不僅H2O2利用率低，也影響自由基等活性物種的生成;而在反應(yīng)后期，則由于前期損耗，反應(yīng)體系H2O2濃度太低，反應(yīng)速率不能維持在較高水平上。提高T12的可見(jiàn)光催化活性和H2O2的利用率問(wèn)題，是現(xiàn)今T12光催化技術(shù)使用上的重要課題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了改善H2O2助T12可見(jiàn)光催化的效率，本實(shí)用新型的目的在于提供一種光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置，該裝置利用電化學(xué)產(chǎn)生H2O2來(lái)協(xié)助T12對(duì)可見(jiàn)光產(chǎn)生響應(yīng)，并循環(huán)協(xié)同類芬頓反應(yīng)，不僅提高了廢水降解的效果，并且減少了操作和材料浪費(fèi)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下:
[0008]光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置，包括恒電流/恒電位儀、曝氣栗及均為長(zhǎng)方體形的反應(yīng)槽及電解槽，所述反應(yīng)槽與電解槽上、下對(duì)應(yīng)且反應(yīng)槽位于電解槽的上方;反應(yīng)槽左側(cè)壁的上、下兩端分別設(shè)有第一進(jìn)水口和第一出水口，反應(yīng)槽右側(cè)壁底部設(shè)有第一曝氣頭；電解槽左側(cè)壁的上、下兩端分別設(shè)有第二進(jìn)水口和第二出水口，電解槽左側(cè)壁內(nèi)側(cè)第二出水口處設(shè)置有微孔過(guò)濾層，電解槽右側(cè)壁底部設(shè)有第二曝氣頭，電解槽內(nèi)底部的左、右兩側(cè)均設(shè)有U型的限位槽，電解槽內(nèi)左、右兩側(cè)分別設(shè)有陽(yáng)極及陰極，陽(yáng)極及陰極的下端分別插入左、右兩側(cè)的限位槽內(nèi)，陽(yáng)極及陰極的上端中部各自設(shè)置有引線，陽(yáng)極和陰極則各自通過(guò)引線穿過(guò)并伸出電解槽的上端后再與恒電流/恒電位儀的電極接口連接；第一進(jìn)水口與第二出水口之間連接有第一水管，第一水管上設(shè)有抽水栗及第一閥門，第一出水口與第二進(jìn)水口之間連接有第二水管，第二水管上設(shè)有第二閥門，第一曝氣頭與曝氣栗之間及第二曝氣頭與曝氣栗之間均通過(guò)通氣管相連通。
[0009]優(yōu)選地，所述陽(yáng)極為網(wǎng)板狀的銥鉭鈦陽(yáng)極，所述陰極為板狀的石墨陰極。
[0010]優(yōu)選地，所述反應(yīng)槽及電解槽均由有機(jī)玻璃制成。
[0011]優(yōu)選地，所述第一曝氣頭及第二曝氣頭均為微孔純鈦曝氣頭。
[0012]進(jìn)一步，本實(shí)用新型裝置中，光源部分不僅可以采用自然光，也可以采用模擬自然光，為此反應(yīng)槽正上方可以設(shè)置金鹵燈。
[0013]本實(shí)用新型裝置在處理廢水時(shí)，電解槽內(nèi)加入納米T12,通電、曝氣則同時(shí)發(fā)生陽(yáng)極氧化和陰極產(chǎn)生H2O2,陰極電解產(chǎn)生的H2O2吸附于納米T12表面，可使其吸收可見(jiàn)光進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，同時(shí)H2O2在其表面被催化分解;反應(yīng)槽內(nèi)調(diào)節(jié)廢水初始pH并加入氯化鐵，通過(guò)反應(yīng)槽與電解槽內(nèi)液體的循環(huán)流通，將三價(jià)鐵引入H202/Ti02體系中，不僅提高了T12光催化效率，而且產(chǎn)生類芬頓效應(yīng)，進(jìn)一步提高了廢水處理效率。過(guò)去方法中添加H2O2很難控制其濃度，并且初始時(shí)相對(duì)較高濃度會(huì)阻礙氧化反應(yīng)進(jìn)程，而本實(shí)用新型電化學(xué)產(chǎn)生H2O2處于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定中，陰極電解產(chǎn)生后不僅助T12可見(jiàn)光催化，而且被電解和催化分解產(chǎn)生大量自由基，避免了過(guò)多H2O2成為羥基自由基的捕獲劑而降低降解效果，使廢水有機(jī)碳含量減少直至無(wú)機(jī)化。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果:
[0015]1.本實(shí)用新型采用銥鉭鈦陽(yáng)極、石墨陰極，并采用恒電流/恒電位儀提供直流電源，形成一個(gè)電化學(xué)處理廢水反應(yīng)器，包含陽(yáng)極氧化和陰生H2O2;在電解槽中添加T12,電解產(chǎn)生的H2O2可助T12進(jìn)行可見(jiàn)光催化，從而解決了T12光催化使用時(shí)對(duì)紫外光能的限制。
[0016]2.本實(shí)用新型電解槽中H2O2的電解產(chǎn)生與催化分解構(gòu)成動(dòng)態(tài)平衡，解決了光催化中H2O2利用率不高的問(wèn)題；另外溶液電解時(shí)外加的偏壓，可阻止光生電子和空穴的復(fù)合，使T12達(dá)到較高的光催化活性。
[0017]3.本實(shí)用新型反應(yīng)槽內(nèi)對(duì)廢水調(diào)節(jié)pH并加入氯化鐵，再通過(guò)與電解槽的循環(huán)流通，將類芬頓、光催化與電化學(xué)結(jié)合起來(lái)，本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)緊湊，為處理廢水降低了成本，簡(jiǎn)化了操作，提升了實(shí)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】

[0018]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0019]圖2為圖1中反應(yīng)槽和電解槽內(nèi)部不放置陽(yáng)極、陰極的的主視圖；
[0020]圖3為圖2中不放置陽(yáng)極及陰極的電解槽內(nèi)部的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1?3所示，一種光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置，包括恒電流/恒電位儀2、曝氣栗19、反應(yīng)槽4及電解槽15，反應(yīng)槽4與電解槽15上、下對(duì)應(yīng)且反應(yīng)槽4位于電解槽15的上方，反應(yīng)槽4與電解槽15的橫截面形狀及尺寸均相同。反應(yīng)槽4左側(cè)壁的上、下兩端分別設(shè)有第一進(jìn)水口 20和第一出水口 21，反應(yīng)槽4左側(cè)壁內(nèi)側(cè)第一出水口 21處設(shè)置有濾布6，反應(yīng)槽4右側(cè)壁底部設(shè)有第一曝氣頭5，反應(yīng)槽4的下底面的左、右兩側(cè)均設(shè)置有第一支腳25，所述兩個(gè)第一支腳25之間的距離與電解槽15左側(cè)壁與右側(cè)壁之間的距離相適配，使反應(yīng)槽4放置于電解槽15上，第一支腳25剛好伸入電解槽15內(nèi)以保持反應(yīng)槽4平穩(wěn)。電解槽15左側(cè)壁的上、下兩端分別設(shè)有第二進(jìn)水口 22和第二出水口 24，電解槽15左側(cè)壁內(nèi)側(cè)第二出水口 24處設(shè)置有微孔過(guò)濾層12，電解槽15右側(cè)壁底部設(shè)有第二曝氣頭17，電解槽15的下底面的左、右兩側(cè)均設(shè)置有第二支腳26，第二支腳26的設(shè)置與第一支腳25相對(duì)應(yīng);電解槽15內(nèi)底部的左、右兩側(cè)均設(shè)有U型的限位槽13，電解槽15內(nèi)左、右兩側(cè)分別設(shè)有陽(yáng)極14及陰極16，陽(yáng)極14及陰極16的下端分別插入左、右兩側(cè)的限位槽13內(nèi)，電解槽15左、右側(cè)壁的上端均開(kāi)有I個(gè)通孔23，陽(yáng)極14及陰極16的上端中部各自設(shè)置有引線，陽(yáng)極14和陰極16則各自通過(guò)引線分別穿過(guò)并伸出左、右兩側(cè)的通孔23后再與恒電流/恒電位儀2的電極接口連接。第一進(jìn)水口 20與第二出水口 24之間連接有第一水管3，第一水管3上設(shè)有抽水栗10及第一閥門11，抽水栗10的兩接口通過(guò)第一水管3分別與第一進(jìn)水口 20及第二出水口 24相連通，所述第一閥門11位于抽水栗10與第二出水口 24之間；第一出水口 21與第二進(jìn)水口 22之間連接有第二水管7，第二水管7上設(shè)有第二閥門8;第一曝氣頭5與曝氣栗19之間及第二曝氣頭17與曝氣栗19之間設(shè)有通氣管組9，所述通氣管組9包括I個(gè)三通管接頭及若干通氣管，三通管接頭的三個(gè)管口通過(guò)通氣管分別與第一曝氣頭5、第二曝氣頭17及曝氣栗19相連接，三通管接頭與第二曝氣頭17之間的通氣管上設(shè)置有第三閥門18。反應(yīng)槽4正上方設(shè)置有金鹵燈
1
[0022]其中，所述第一曝氣頭5及第二曝氣頭17均為微孔純鈦曝氣頭;所述陽(yáng)極14為網(wǎng)板狀的銥鉭鈦陽(yáng)極，所述陰極16為板狀的石墨陰極;所述反應(yīng)槽4及電解槽15均為長(zhǎng)方體形且均由有機(jī)玻璃制成;所述微孔過(guò)濾層12選用微孔濾膜或微孔濾布。
[0023]使用前，各儀器及閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)。使用時(shí)，首先打開(kāi)金鹵燈I及恒電流/恒電位儀2，進(jìn)入預(yù)熱穩(wěn)定，然后將有機(jī)廢水注入反應(yīng)槽4內(nèi)，注入的有機(jī)廢水水量不高于第一進(jìn)水口 20，調(diào)節(jié)反應(yīng)槽4廢水的pH值至3，加入支持電解質(zhì)(NaSO4)及氯化鐵，打開(kāi)曝氣栗19，反應(yīng)10分鐘;打開(kāi)第二閥門8，反應(yīng)槽4內(nèi)的廢水在重力作用下流入電解槽15內(nèi)，向電解槽15內(nèi)加入納米T12粉體，然后關(guān)閉第二閥門8，并再次向反應(yīng)槽4內(nèi)注入有機(jī)廢水，調(diào)節(jié)反應(yīng)槽4內(nèi)有機(jī)廢水的pH值至3，加入支持電解質(zhì)(NaSO4)及氯化鐵，打開(kāi)第三閥門18，將恒電流/恒電位儀2上的開(kāi)關(guān)撥至“通”以提供直流電；反應(yīng)10分鐘后，打開(kāi)抽水栗10、第一閥門11及第二閥門8，通過(guò)調(diào)節(jié)使反應(yīng)槽4與電解槽15內(nèi)的溶液循環(huán)流動(dòng)，直到廢水達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，則降解試驗(yàn)結(jié)束，第一水管3可從第二出水口 24處抽離，經(jīng)過(guò)處理的廢水從第二出水口24排出，整個(gè)裝置及電解槽15內(nèi)的納米T12粉體都可循環(huán)使用，不僅提高了有機(jī)廢水的降解速率，而且方便操作和取樣檢測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置，其特征在于:包括恒電流/恒電位儀、曝氣栗及均為長(zhǎng)方體形的反應(yīng)槽及電解槽，所述反應(yīng)槽與電解槽上、下對(duì)應(yīng)且反應(yīng)槽位于電解槽的上方;反應(yīng)槽左側(cè)壁的上、下兩端分別設(shè)有第一進(jìn)水口和第一出水口，反應(yīng)槽右側(cè)壁底部設(shè)有第一曝氣頭；電解槽左側(cè)壁的上、下兩端分別設(shè)有第二進(jìn)水口和第二出水口，電解槽左側(cè)壁內(nèi)側(cè)第二出水口處設(shè)置有微孔過(guò)濾層，電解槽右側(cè)壁底部設(shè)有第二曝氣頭，電解槽內(nèi)底部的左、右兩側(cè)均設(shè)有U型的限位槽，電解槽內(nèi)左、右兩側(cè)分別設(shè)有陽(yáng)極及陰極，陽(yáng)極及陰極的下端分別插入左、右兩側(cè)的限位槽內(nèi)，陽(yáng)極及陰極的上端中部各自設(shè)置有引線，陽(yáng)極和陰極則各自通過(guò)引線穿過(guò)并伸出電解槽的上端后再與恒電流/恒電位儀的電極接口連接;第一進(jìn)水口與第二出水口之間連接有第一水管，第一水管上設(shè)有抽水栗及第一閥門，第一出水口與第二進(jìn)水口之間連接有第二水管，第二水管上設(shè)有第二閥門，第一曝氣頭與曝氣栗之間及第二曝氣頭與曝氣栗之間均通過(guò)通氣管相連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置，其特征在于:所述陽(yáng)極為網(wǎng)板狀的銥鉭鈦陽(yáng)極，所述陰極為板狀的石墨陰極。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置，其特征在于:所述反應(yīng)槽及電解槽均由有機(jī)玻璃制成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置，其特征在于:所述第一曝氣頭及第二曝氣頭均為微孔純鈦曝氣頭。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置，其特征在于:反應(yīng)槽正上方設(shè)有金鹵燈。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種光電化學(xué)協(xié)同催化降解廢水中有機(jī)污染物的裝置，包括恒電流/恒電位儀、曝氣泵及上、下對(duì)應(yīng)設(shè)置的反應(yīng)槽和電解槽，反應(yīng)槽及電解槽左側(cè)壁的上、下兩端均分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口，并通過(guò)水管連通實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng)，反應(yīng)槽及電解槽右側(cè)壁底部均設(shè)有曝氣頭，曝氣頭通過(guò)通氣管與曝氣泵相連接；電解槽內(nèi)底部的左、右兩側(cè)均設(shè)有限位槽，電解槽內(nèi)左、右兩側(cè)分別設(shè)有陽(yáng)極及陰極，陽(yáng)極及陰極的下端分別插入限位槽內(nèi)，陽(yáng)極及陰極的上端中部各自設(shè)置有引線，并通過(guò)引線與恒電流/恒電位儀的電極接口連接。本實(shí)用新型將類芬頓、光催化與電化學(xué)結(jié)合起來(lái)，為處理廢水降低了成本，簡(jiǎn)化了操作，提升了實(shí)用價(jià)值。
【IPC分類】C02F1/30, C02F1/72, C02F1/461
【公開(kāi)號(hào)】CN205387492
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620196788
【發(fā)明人】唐建軍, 陳益清
【申請(qǐng)人】深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年7月20日
【申請(qǐng)日】2016年3月15日