專利名稱：一種用于處理有機(jī)廢水的流化床電極反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流化床電極技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種用于處理有機(jī)廢水的流化床電極反應(yīng)器。采用流化床電極技術(shù)的流化床電極反應(yīng)器裝置，應(yīng)用于有機(jī)廢水的處理。
背景技術(shù)：
電解法處理有機(jī)廢水，以其可控制性強(qiáng)，反應(yīng)器設(shè)備簡(jiǎn)單，可降解難處理的有機(jī)污染物，無二次污染而受到廣泛的研究。目前所面臨的主要是兩個(gè)問題1)提高電極電催化性能和穩(wěn)定性；2)設(shè)計(jì)合適的反應(yīng)裝置。對(duì)于后者，傳統(tǒng)的電解裝置采用平板二維電極，電極面體比較小，單位槽體處理量小，電流效率低，尤其是在電導(dǎo)率低時(shí)，需要提供較高的電壓，造成電能消耗巨大。與傳統(tǒng)二維電極相比，三維電極電解床具有較高的面體比，電流效率高、時(shí)空產(chǎn)率大。因此，三維電極是電解法走向工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)發(fā)展方向。
按照粒子材料的填充方式，三維電解反應(yīng)器可以分為固定床和流動(dòng)床。專利CN1039545C發(fā)明一種板框式固定床電極電解槽，主要由兩個(gè)終端室、多個(gè)陰極室和多個(gè)陽極室組合而成；陰極室內(nèi)或陽極室內(nèi)充入金屬絲網(wǎng)組成固定床工作電極；電解液的流動(dòng)方向與電流方向相垂直。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，有良好的電流電勢(shì)分布，又有較高的單程轉(zhuǎn)化率。其不足在于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后，因污染物及其轉(zhuǎn)化物往往會(huì)吸附或沉積在電極表面，容易引起電極堵塞，使處理效率逐漸降低，難以使三維電極連續(xù)高效正常運(yùn)轉(zhuǎn)。專利CN1151084C發(fā)明一種三維電極反應(yīng)器，饋電極陰極和饋電極陽極有石墨和聚酯無紡布隔膜復(fù)合而成，粒子是以碳獲/和鐵屑為基體，加入引發(fā)劑，粘結(jié)劑燒結(jié)而成。廢水從上端進(jìn)入，下端鼓入空氣，通過產(chǎn)生的H2O2和OH·氧化有機(jī)物。專利US3941669采用的結(jié)構(gòu)與此類似，反應(yīng)器形狀是圓柱形。此類反應(yīng)器電解反應(yīng)材料低廉，易得。但是石墨電極在這種強(qiáng)氧化性的條件之下，會(huì)與析出的氧氣發(fā)生反應(yīng)。而且此類電極的氧化性不夠強(qiáng)。對(duì)于流動(dòng)床電極，目前主要集中在含金屬廢水的治理上。直接應(yīng)用在有機(jī)廢水處理上的研究較少。(板框式固定床電極電解槽及其工業(yè)應(yīng)用，申請(qǐng)?zhí)?3112449.2專利號(hào)CN1039545C；三維電極反應(yīng)器及其用于處理有機(jī)廢水，申請(qǐng)?zhí)?2114740.X專利號(hào)CN1151084C；Fluidized bed electrode system，申請(qǐng)?zhí)朥S19740466085 19740501專利號(hào)US3941669)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于處理有機(jī)廢水的流化床電極反應(yīng)器。這種裝置的電極具有較強(qiáng)的氧化能力，并且可以產(chǎn)生強(qiáng)氧化性基團(tuán)，通過二者協(xié)同氧化作用，可以快速高效的氧化有機(jī)物，解決對(duì)有機(jī)物污染物電解處理效率不高的問題。
本發(fā)明的流化床電極反應(yīng)器由床體4、陽極板7、陰極板8、預(yù)分器2、布水器3、粒子電極5、石棉隔膜9、水泵和直流電源構(gòu)成；最下端是入水口1，與其相連的是預(yù)分器2，在預(yù)分器2與床體之間是布水器3，在床體上部有兩個(gè)出水口6；陽極板7、陰極板8平行分布在床體兩側(cè)，分別與直流電源的正負(fù)極相連，在陰極板附近有石棉隔膜9，粒子電極5分布在陽極板與陰極板之間。陰極板是鈦板。陽極板是以鈦為基體的銥鉭錫氧化物涂層鈦電極IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti，包括納米晶銥鉭錫氧化物涂層鈦平板電極和銥鉭錫氧化物涂層鈦粒子電極，涂層晶粒尺寸在5～40nm之間。
本發(fā)明中納米晶銥鉭錫氧化物涂層鈦電極IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti涂層的溶液組成是H2IrCl6溶液和TaCl5溶液中Ir∶Ta摩爾比為7∶6，H2IrCl6和TaCl5占總物質(zhì)的量30～95％，氯化亞錫(SnCl2·2H2O)的物質(zhì)的量占總物質(zhì)的量5～70％。
本發(fā)明中中陽極板7和粒子電極5采用熱分解法制成，涂覆過程是將權(quán)利要求2的涂液刷涂在鈦板兩面，浸涂于鈦粒子表面，置烘箱中于90℃～150℃下烘干5～10分鐘，使有機(jī)溶劑揮發(fā)，再在馬弗爐中在300℃～480℃溫度下燒結(jié)5～40分鐘的時(shí)間，使貴金屬鹽分解生成氧化物涂層；取出后空冷至室溫，重復(fù)以上步驟直至需要的厚度。最后置于馬弗爐中在300℃～550℃的熱氧化溫度下燒結(jié)0.5～2.0小時(shí)。如此制得的涂層晶粒尺寸在5～40nm之間。
本發(fā)明的粒子電極形狀是球形或者橢圓形。直徑一般為1～5mm。
本發(fā)明的布水器3上孔眼的直徑為0.5～2.5mm，中間疏1～2.5mm，靠近電極板的區(qū)域密0.5～1mm。
這樣設(shè)計(jì)的布水器，在廢水流過時(shí)，避免僅順入水口方向流過，形成噴射。另外，靠近電極板區(qū)域較多的網(wǎng)眼，使廢水順電極板流過，使形成的強(qiáng)氧化基團(tuán)以及直接氧化的有機(jī)物很快沖刷出去，避免堆積在電極附近，使未處理的有機(jī)物接近電極表面，提高了電解的效率。
本發(fā)明中的預(yù)分器形狀是錐斗狀，錐斗錐角為50～150度?？梢越档退畬?duì)反應(yīng)器的沖擊力。
本發(fā)明的流化床電極反應(yīng)器可以高效的處理有機(jī)物。
本發(fā)明中采用了鈦為基體的銥系涂層電極，此類電極具有較高的電催化性和穩(wěn)定性。可以把有機(jī)物徹底氧化成為二氧化碳和水。對(duì)于本發(fā)明采用的IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti電極具有較高的電催化性地原因，Ch.Comninellis提出了在本質(zhì)上電催化活性與電極表面結(jié)構(gòu)相關(guān)的觀點(diǎn)(Ch.Comninellis，Electrocatalysis inthe electrochemical conversion/combussion of organic pollutants for waste watertreatment.electrochemical Acta，1994，39(11-12)1857-1862)。認(rèn)為在陽極表面可能存在兩種狀態(tài)的“活性氧”一種是物理吸附的活性氧，即吸附的羥基自由基(OH·)；另一種是化學(xué)吸附的活性氧，即進(jìn)入氧化物晶格中的氧原子。當(dāng)目標(biāo)有機(jī)物存在時(shí)，物理吸附活性氧在電化學(xué)燃燒過程中起主要作用，而化學(xué)吸附活性氧則主要參與電化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，即對(duì)基質(zhì)進(jìn)行有選擇性的氧化(對(duì)芳香類物質(zhì)起作用而對(duì)脂肪酸不起作用)。Ch.Comninellis對(duì)不同材料陽極表面的羥基自由基所做的檢測(cè)結(jié)果表明IrO2/Ti電極表面自由基濃度幾乎為零，而SnO2/Ti電極表面則有自由基的積累。IrO2活性陽極表面有機(jī)物一般被氧化為具有一定穩(wěn)定性的中間產(chǎn)物，SnO2氧化物陽極表面完全氧化。并且，經(jīng)過加速壽命試驗(yàn)，達(dá)1500小時(shí)，遠(yuǎn)超出一般電極。
本發(fā)明電解試驗(yàn)時(shí)，所加載的電壓在20～40V之間。但是，電解處理時(shí)，可以觀察到粒子電極表面在碰撞時(shí)有火花出現(xiàn)。這種現(xiàn)象只在高壓放電采觀測(cè)到。這種放電也可以產(chǎn)生強(qiáng)氧化性基團(tuán)，其高能電子轟擊污染物質(zhì)中C-C鍵及其不飽和鍵，發(fā)生斷鍵或者開環(huán)等反應(yīng)。促進(jìn)了有機(jī)物的降解。
以上所述說明，本發(fā)明綜合了所有有利于產(chǎn)生強(qiáng)氧化性基團(tuán)的有利條件，以期達(dá)到電解處理效率最高，經(jīng)濟(jì)合理的標(biāo)準(zhǔn)。


附圖1為本發(fā)明的流化床電極反應(yīng)器裝置圖。其中，入水口1、預(yù)分器2、布水器3、4、粒子電極5、出水口6、陽極板7、陰極板8石棉隔膜9。
附圖2電解處理鄰苯二甲酸氫鉀模擬廢水電解時(shí)間和COD關(guān)系圖。
附圖3不同電流密度電解處理鄰苯二甲酸氫鉀模擬廢水電解時(shí)間和COD關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明流化床電極反應(yīng)器采用有機(jī)玻璃制成，上部成矩形形狀，陰陽極板緊貼在反應(yīng)器的邊緣，粒子電極在兩極板之間。廢水通過水泵從反應(yīng)器下端進(jìn)入，水壓足以把粒子電極懸浮在反應(yīng)器中。然后廢水從反應(yīng)器的上部流回廢水槽。
實(shí)例1與二維平板電解處理臨苯二甲酸氫鉀模擬廢水的對(duì)比試驗(yàn)。流化床電極反應(yīng)器上部尺寸是50mm×60mm×25mm。陽極板面積50mm×60mm，水泵的流速10L/min。模擬廢水的初始COD約500mg/L。廢水的體積是1500mL。加入0.4％NaCl，粒子填充體積為25％。采用3A電流電解。電解60min后，COD降到300mg/L。而在相同的條件下，直流電解，需要300min。處理速度提高了約5倍。
實(shí)例2不同電流密度電解處理臨苯二甲酸氫鉀模擬廢水。流化床電極反應(yīng)器上部尺寸是50mm×60mm×25mm。水泵的流速10L/min。陽極板面積50mm×60mm，模擬廢水的初始COD約90mg/L。廢水的體積是1500mL，加入0.4％NaCl，粒子填充體積為25％。分別采用4A和6A的電流電解。在電解20min之后，COD的去除率是56％。
權(quán)利要求
1.一種用于處理有機(jī)廢水的流化床電極反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器由床體(4)、陽極板(7)、陰極板(8)、預(yù)分器(2)、布水器(3)、粒子電極(5)、石棉隔膜(9)、水泵和直流電源構(gòu)成；最下端是入水口(1)，與其相連的是預(yù)分器(2)，在預(yù)分器(2)與床體之間是布水器(3)，在床體上部有兩個(gè)出水口(6)；陽極板(7)、陰極板(8)平行分布在床體兩側(cè)，分別與直流電源的正負(fù)極相連，在陰極板附近有石棉隔膜(9)，粒子電極(5)分布在陽極板與陰極板之間；陰極板是鈦板，陽極板是以鈦為基體的銥鉭錫氧化物涂層鈦電極IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti，包括納米晶銥鉭錫氧化物涂層鈦平板電極和銥鉭錫氧化物涂層鈦粒子電極，涂層晶粒尺寸在5～40nm之間。
2.按照權(quán)利要求1所述的流化床電極反應(yīng)器，其特征在于，納米晶銥鉭錫氧化物涂層鈦電極IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti涂層的溶液組成是H2IrCl6溶液和TaCl5溶液中Ir∶Ta摩爾比為7∶6，H2IrCl6和TaCl5占總物質(zhì)的量30～95％，SnCl2·2H2O的物質(zhì)的量占總物質(zhì)的量5～70％。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的流化床電極反應(yīng)器，其特征在于，陽極板(7)和粒子電極(5)采用熱分解法制成，涂覆過程是將涂液刷涂在鈦板兩面，浸涂于鈦粒子表面，置烘箱中于90℃～150℃下烘干5～10分鐘，使有機(jī)溶劑揮發(fā)，再在馬弗爐中在300℃～480℃溫度下燒結(jié)5～40分鐘的時(shí)間，使貴金屬鹽分解生成氧化物涂層；取出后空冷至室溫，重復(fù)以上步驟直至需要的厚度；最后置于馬弗爐中在300℃～550℃的熱氧化溫度下燒結(jié)0.5～2.0小時(shí)。
4.按照權(quán)利要求1所述的流化床電極反應(yīng)器，其特征在于，粒子電極(5)形狀是球形或者橢圓形，直徑為1～5mm。
5.按照權(quán)利要求1所述的流化床電極反應(yīng)器，其特征在于，布水器(3)上孔眼的直徑為0.5～2.5mm，中間疏1～2.5mm，靠近電極板的區(qū)域密0.5～1mm。
6.按照權(quán)利要求1所述的流化床電極反應(yīng)器，其特征在于，預(yù)分器(2)形狀是錐斗狀，錐斗錐角為50～150度。
全文摘要
一種用于處理有機(jī)廢水的流化床電極反應(yīng)器，屬于流化床電極技術(shù)領(lǐng)域。該反應(yīng)器由床體(4)、陽極板(7)、陰極板(8)、預(yù)分器(2)、布水器(3)、粒子電極(5)、石棉隔膜(9)、水泵和直流電源構(gòu)成；最下端是入水口(1)，與其相連的是預(yù)分器(2)，在預(yù)分器(2)與床體之間是布水器(3)，在床體上部有兩個(gè)出水口(6)；陽極板(7)、陰極板(8)平行分布在床體兩側(cè)，分別與直流電源的正負(fù)極相連，在陰極板附近有石棉隔膜(9)，粒子電極(5)分布在陽極板和陰極板之間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，綜合了所有有利于產(chǎn)生強(qiáng)氧化性基團(tuán)的有利條件，以期達(dá)到電解處理效率最高，經(jīng)濟(jì)合理的標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)C25B9/16GK1994906SQ200610144148
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者孟惠民, 孫冬柏, 俞宏英, 樊自栓, 王旭東 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)