公布日：2023.09.01
申請日：2023.06.19
分類號：C02F1/461(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提供一種三維電化學(xué)反應(yīng)器及其處理有機廢水的方法。該三維電化學(xué)反應(yīng)器，包括網(wǎng)狀陰極、網(wǎng)狀陽極和粒子電極粉末；粒子電極粉末的制備原料包括：釩鈦磁鐵冶煉渣和咖啡渣。本發(fā)明通過利用釩鈦磁鐵冶煉渣和咖啡渣作為制備粒子電極粉末的原料，在實現(xiàn)了固體廢物資源化的同時，還達到以廢治廢的良好循環(huán)。且本發(fā)明將三維電化學(xué)技術(shù)與基于過氧化氫和過硫酸鹽高級氧化技術(shù)結(jié)合，一方面，粒子電極可在電流作用下極化為若干個微電場，縮短了體系傳質(zhì)距離，提供更多的反應(yīng)面積；另一方面，可促使過氧化氫和過硫酸鹽等氧化劑的高效活化，增加體系中的活性氧化物種的種類和含量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過利用過有效協(xié)同電化學(xué)氧化和催化氧化，大大提高了廢水中難降解有機物的降解效果。
權(quán)利要求書
1.一種三維電化學(xué)反應(yīng)器，包括網(wǎng)狀陰極、網(wǎng)狀陽極和粒子電極粉末；其特征在于，所述粒子電極粉末的制備原料包括：釩鈦磁鐵冶煉渣和咖啡渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，所述粒子電極粉末的制備包括以下步驟：將烘干的釩鈦磁鐵冶煉渣和烘干的咖啡渣，按質(zhì)量比為3：1混合，將兩者的混合物渣在管式爐中進行煅燒，將煅燒后的混合物研磨為粉末狀，使用100目不銹鋼篩進行篩分，留存篩下物質(zhì)，即得到所述粒子電極粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，所述烘干的釩鈦磁鐵冶煉渣的制備包括：將釩鈦磁鐵冶煉渣破碎，使用50目的不銹鋼篩進行篩分；將篩下物質(zhì)用去離子水淋洗、并在烘箱中以30℃烘干；將烘干后的篩下物質(zhì)浸入含過渡金屬離子的溶液中，在500～800轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌，同時實施超聲浸漬，一定時間后，取出篩下物質(zhì)并過濾，并在烘箱中以35℃烘干。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，所述烘干的咖啡渣的制備包括：將咖啡渣和質(zhì)量百分比濃度為75％的乙醇，按質(zhì)量比1：5混合，并將混合物置于玻璃器皿中，使用超聲振蕩清洗一定時間后過濾；將過濾后的咖啡渣用去離子水淋洗、并在烘箱中以35℃烘干。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，所述含過渡金屬離子的溶液，過渡金屬離子的濃度為0.5-1.0mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于煅燒溫度為500-700℃，煅燒時間為1-3h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，所述陰極網(wǎng)環(huán)、陽極網(wǎng)環(huán)之間的間距為1.5～2.5cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于，所述三維電化學(xué)反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置有曝氣和攪拌裝置；所述粒子電極粉末的投加量為1-3g/L。
9.一種利用權(quán)利要求1-8任一所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器處理有機廢水的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：檢測待處理有機廢水pH值，使其pH值在3.5至9.5之間；S2：將調(diào)整好pH的待處理有機廢水注入三維電化學(xué)反應(yīng)器中，將陰極網(wǎng)環(huán)、陽極網(wǎng)環(huán)插入所述三維電化學(xué)反應(yīng)器中，同時開啟攪拌裝置使反應(yīng)器內(nèi)的有機廢水達到紊流狀態(tài)；S3：在陰極網(wǎng)環(huán)、陽極網(wǎng)環(huán)中填充粒子電極，使粒子電極伴隨水利攪拌呈流化狀態(tài)；S4：連接陰陽網(wǎng)環(huán)與直流電源，使電源正極與所述陽極網(wǎng)環(huán)相連，電源負(fù)極與陰極網(wǎng)環(huán)相連，開啟所述直流電源的同時加入過氧化氫或過硫酸鹽溶液，對廢水進行催化降解。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述過氧化氫或過硫酸鹽溶液在難降解有機廢水中的濃度為5-20mmol/L。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種三維電化學(xué)反應(yīng)器及其處理難降解有機廢水的方法。
一種三維電化學(xué)反應(yīng)器，包括網(wǎng)狀陰極、網(wǎng)狀陽極和粒子電極粉末；所述粒子電極粉末的制備原料包括：釩鈦磁鐵冶煉渣和咖啡渣。
進一步地，如上所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，所述粒子電極粉末的制備包括以下步驟：
將烘干的釩鈦磁鐵冶煉渣和烘干的咖啡渣，按質(zhì)量比為3：1混合，將兩者的混合物渣在管式爐中進行煅燒，將煅燒后的混合物研磨為粉末狀，使用100目不銹鋼篩進行篩分，留存篩下物質(zhì)，即得到所述粒子電極粉末。
進一步地，如上所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，所述烘干的釩鈦磁鐵冶煉渣的制備包括：
將釩鈦磁鐵冶煉渣破碎，使用50目的不銹鋼篩進行篩分；將篩下物質(zhì)用去離子水淋洗、并在烘箱中以30℃烘干；
將烘干后的篩下物質(zhì)浸入含過渡金屬離子的溶液中，在500～800轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌，同時實施超聲浸漬，一定時間后，取出篩下物質(zhì)并過濾，并在烘箱中以35℃烘干。
進一步地，如上所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，所述烘干的咖啡渣的制備包括：
將咖啡渣和質(zhì)量百分比濃度為75％的乙醇，按質(zhì)量比1：5混合，并將混合物置于玻璃器皿中，使用超聲振蕩清洗一定時間后過濾；
將過濾后的咖啡渣用去離子水淋洗、并在烘箱中以35℃烘干。
進一步地，如上所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，所述含過渡金屬離子的溶液，過渡金屬離子的濃度為0.5-1.0mol/L。
進一步地，如上所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于煅燒溫度為500-700℃，煅燒時間為1-3h。
進一步地，如上所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，所述陰極網(wǎng)環(huán)、陽極網(wǎng)環(huán)之間的間距為1.5～2.5cm。
進一步地，如上所述的三維電化學(xué)反應(yīng)器，所述三維電化學(xué)反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置有曝氣和攪拌裝置；所述粒子電極粉末的投加量為1-3g/L。
一種利用三維電化學(xué)反應(yīng)器處理有機廢水的方法，包括以下步驟：
S1：檢測待處理有機廢水pH值，使其pH值在3.5至9.5之間；
S2：將調(diào)整好pH的待處理有機廢水注入三維電化學(xué)反應(yīng)器中，將陰極網(wǎng)環(huán)、陽極網(wǎng)環(huán)插入所述三維電化學(xué)反應(yīng)器中，同時開啟攪拌裝置使反應(yīng)器內(nèi)的有機廢水達到紊流狀態(tài)；
S3：在陰極網(wǎng)環(huán)、陽極網(wǎng)環(huán)中填充粒子電極，使粒子電極伴隨水利攪拌呈流化狀態(tài)；
S4：連接陰陽網(wǎng)環(huán)與直流電源，使電源正極與所述陽極網(wǎng)環(huán)相連，電源負(fù)極與陰極網(wǎng)環(huán)相連，開啟所述直流電源的同時加入過氧化氫或過硫酸鹽溶液，對廢水進行催化降解。
如上所述的方法，所述過氧化氫或過硫酸鹽溶液在難降解有機廢水中的濃度為5-20mmol/L。
本發(fā)明提供的三維電化學(xué)反應(yīng)器，粒子電極采用釩鈦磁鐵冶煉渣和咖啡渣制備得到，實現(xiàn)了固體廢物資源化的同時，還達到以廢治廢的良好循環(huán)。而且本發(fā)明將三維電化學(xué)技術(shù)與基于過氧化氫、過硫酸鹽的高級氧化技術(shù)結(jié)合，一方面，粒子電極可在電流作用下極化為若干個微電場，縮短了體系傳質(zhì)距離，提供更多的反應(yīng)面積；另一方面，可促使過氧化氫或過硫酸鹽等氧化劑的高效活化，增加體系中的活性氧化物種的種類和含量，從而大大提高了廢水中難降解有機物的降解效果。
此外，本發(fā)明利用三維電化學(xué)反應(yīng)活化過氧化氫或過硫酸鹽等氧化劑，克服了傳統(tǒng)鐵基催化劑活化過氧化氫反應(yīng)所需低pH范圍的缺陷，使系統(tǒng)在酸性到弱堿性的廣pH范圍(約小于等于9.5)內(nèi)均具有良好降解效果，大大降低pH調(diào)解藥劑成本。
本發(fā)明在三維電化學(xué)反應(yīng)器底部設(shè)置攪拌器，一方面能夠使廢水保持紊流狀態(tài)，防止廢水中懸浮物質(zhì)的沉積堆疊，另一方面也使粒子電極呈現(xiàn)流化狀態(tài)，從而增加了傳質(zhì)效率且不易短路、板結(jié)，提高了三維電化學(xué)反應(yīng)器的壽命。
本發(fā)明將固廢資源化利用、三維電化學(xué)技術(shù)、過氧化氫高級氧化技術(shù)協(xié)同，結(jié)構(gòu)簡單、工藝集成、利于自動化，可經(jīng)濟、高效地實現(xiàn)難降解有機廢水的深度處理。
本發(fā)明通過將篩下物質(zhì)浸入含過渡金屬離子的溶液中，使得將相應(yīng)金屬能夠負(fù)載到鋼渣上，從而使粒子電極有更好的導(dǎo)電和催化性能。
（發(fā)明人：任旭;宋凱;湯培新;彭鑫;潘志成;曾麗）
