一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器及其應用的制作方法
【專利摘要】一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器及其應用，包括電解反應池、石墨轉(zhuǎn)盤電極、普通石墨電極、飽和甘汞參比電極、直流電機、轉(zhuǎn)動軸、導電圓環(huán)、聯(lián)軸器和隔板，直流電機通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)動軸連接，轉(zhuǎn)動軸通過導電圓環(huán)與外部電源連接，轉(zhuǎn)動軸與石墨轉(zhuǎn)盤電極固定連接，通過石墨轉(zhuǎn)盤電極在中空容器內(nèi)的機械轉(zhuǎn)動進行充氧曝氣生成過氧化氫，過氧化氫再與反應液中的Fe2+同時作用對反應液進行降解。該裝置取消了傳統(tǒng)的曝氣裝置，使用機械方式進行充氧曝氣，節(jié)省了能源消耗，且該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實驗使用效果良好，對四環(huán)素等有機物具有較高的去除率。
【專利說明】一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器及其應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器及其應用，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，電Fenton氧化技術(shù)因為其處理高濃度難降解的有機反應液比較徹底，產(chǎn)物無毒無害，不產(chǎn)生二次污染越來越受到人們的關(guān)注。電Fenton法是指借助電化學法生成Fe2+和H2O2作為Fenton試劑的持續(xù)來源。Fenton試劑在反應過程中生成具有強氧化性且無選擇性的羥基自由基.0Η，它能將有機物分子結(jié)構(gòu)破壞，使之生成小分子中間體或者將其完全礦化生成CO2和Η20。與傳統(tǒng)Fenton反應相比，電Fenton法具有以下特點:處理成本低不需要再加入其他藥品試劑；可以實現(xiàn)原位產(chǎn)生H2O2，避免了原料試劑在存儲和運輸過程中產(chǎn)生的危險；處理設(shè)備簡單，處理周期短。
[0003]常見電Fenton法有陰極電Fenton法(EF-Fentor^i)，犧牲陽極法(EF-Feox法),Fe3+循環(huán)法(FSR法)，以及EF-Fere法。傳統(tǒng)的電Fenton反應器通常由直流電源，陰極，陽極，電解池，曝氣裝置，攪拌裝置以及外接電路組成。但是，現(xiàn)有電Fenton反應器存在一些不足，表現(xiàn)為以下幾點:1)曝氣效率不足，根據(jù)反應機理需要不斷向電解液中充入空氣，使O2在陰極上捕獲電子生成H2O2，普通壓縮空氣裝置將氧氣充入整個電解池中，而O2在電解液中溶解度很小，充入其中的O2大部分都無法參與反應而大量流失，造成曝氣效率低。2)H202產(chǎn)生速率較慢，O2需要在陰極表面捕獲電子才能生成H2O2，傳統(tǒng)的電Fenton反應器O2在電解液中傳質(zhì)和擴散易受影響。不易使O2在陰極表面大量存在，效率較低。3)耗能較大，反應過程中需要不斷地曝氣和攪拌以提高傳質(zhì)和擴散，使得整個反應器的耗能較大。4)pH的調(diào)節(jié)范圍比較窄，F(xiàn)SR法中的pH操作范圍為pH < 1，EF-Fere法的pH操作范圍為pH < 2.5，易使反應器的處理效果受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器。
[0005]本發(fā)明還提供一種利用轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器進行降解廢水中四環(huán)素的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，包括電解反應池、石墨轉(zhuǎn)盤電極、普通石墨電極、飽和甘汞參比電極、直流電機、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)動軸、導電圓環(huán)和隔板，其中，所述電解反應池設(shè)置為一頂部開口的中空容器，所述中空容器的器壁上設(shè)置有貫通器壁的兩個通孔，所述兩個通孔的中心處于同一水平線，其中一個通孔的正下方設(shè)置有固定連接器壁外表面的平臺，所述直流電機設(shè)置安裝在平臺上，所述直流電機通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)動軸的一端固定連接，所述轉(zhuǎn)動軸的另一端依次穿過兩個通孔后設(shè)置于導電圓環(huán)內(nèi)，所述導電圓環(huán)與器壁外表面相連接，所述轉(zhuǎn)動軸還與石墨轉(zhuǎn)盤電極固定連接，所述石墨轉(zhuǎn)盤電極設(shè)置在中空容器內(nèi)；所述隔板上設(shè)置有固定孔，所述普通石墨電極和飽和甘汞參比電極分別固定連接銅棒，所述銅棒貫穿固定孔與隔板固定連為一體，所述隔板安裝設(shè)置在中空容器的頂部，所述銅棒和導電圓環(huán)與外部的電化學工作站電連接，所述直流電機與外部的直流電源電連接。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述直流電機為R260電機，工作電壓為3-6V，最大轉(zhuǎn)速為18000轉(zhuǎn)/分鐘。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述隔板設(shè)置為一長方體，所述電解反應池的頂部設(shè)置有容納隔板的凹槽。此設(shè)計的目的在于，將隔板嵌入電解反應池頂部的凹槽內(nèi)，確保在電解反應過程中普通石墨電極和飽和甘汞參比電極的穩(wěn)定性。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動軸為銅質(zhì)轉(zhuǎn)動軸，所述轉(zhuǎn)動軸的另一端與導電圓環(huán)摩擦接觸。此設(shè)計中，導電圓環(huán)與轉(zhuǎn)動軸相對運動，電機帶動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動的過程中，導電圓環(huán)與外部電化學工作站電連接，導電圓環(huán)通過摩擦接觸與轉(zhuǎn)動軸進行導電。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述電解反應池的底部邊緣處設(shè)置為向外延伸的底座。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動軸貫穿于石墨轉(zhuǎn)盤電極的中心與石墨轉(zhuǎn)盤電極固定連為一體。此設(shè)計的好處在于，可以保證石墨轉(zhuǎn)盤電極最大的利用率，同時確保了攪拌效率，保證了反應液中四環(huán)素等物質(zhì)在溶液中的傳質(zhì)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述石墨轉(zhuǎn)盤電極的邊緣處設(shè)置為鋸齒狀。此設(shè)計的好處在于，鋸齒狀相比起圓周的表面，增加了石墨轉(zhuǎn)盤電極的比表面積，加大了空氣中的氧與水膜接觸反應的面積。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述石墨轉(zhuǎn)盤電極的半徑為38mm,厚度為10mm。此設(shè)計的好處在于，在不影響成本的情況下，此規(guī)格的石墨轉(zhuǎn)盤電極效率最高。
[0015]一種利用上述轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器降解廢水中四環(huán)素的方法，步驟如下:
[0016](I)將事先加入Fe2+的廢水注入到電解反應池中，待廢水注入到石墨轉(zhuǎn)盤電極的中心位置處，停止注入廢水，然后使用緩沖溶液調(diào)節(jié)廢水的pH值，使廢水的pH≤5 ;
[0017](2)啟動直流電源，直流電機帶動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，與轉(zhuǎn)動軸連接的石墨轉(zhuǎn)盤電極在廢水中旋轉(zhuǎn)起到攪拌作用，通過調(diào)節(jié)直流電機的電源電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速；
[0018](3)啟動電化學工作站，銅棒和導電圓環(huán)進行導電，其中普通石墨電極為陽極，石墨轉(zhuǎn)盤電極為陰極，飽和甘汞電極為參比電極，三者之間構(gòu)成了三電極體系；
[0019](4)石墨轉(zhuǎn)盤電極在轉(zhuǎn)動過程中在轉(zhuǎn)盤表面形成一層水膜，空氣中的氧氣擴散進入水膜，在陰極表面發(fā)生還原反應，生成H2O2,
[0020]陰極發(fā)生的反應式為:02+2H++2e = H2O2
[0021]H2O2與廢水中的Fe2+同時作用對廢水中的四環(huán)素進行降解，其反應式為:
[0022]Fe2++H202 — Fe3++0H>.0H
[0023]H0.+RH — R.+H2O
[0024]R.+Fe3+ — R++Fe2+
[0025]H0.+Fe2+ — H0_+Fe3+
[0026]四環(huán)素的的分子為C22H24N2O,其結(jié)構(gòu)圖為鹽酸四環(huán)素結(jié)構(gòu)圖，
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器,包括電解反應池、石墨轉(zhuǎn)盤電極、普通石墨電極、飽和甘汞參比電極、直流電機、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)動軸、導電圓環(huán)和隔板，其特征在于，所述電解反應池設(shè)置為一頂部開口的中空容器，所述中空容器的器壁上設(shè)置有貫通器壁的兩個通孔，所述兩個通孔的中心處于同一水平線，其中一個通孔的正下方設(shè)置有固定連接器壁外表面的平臺，所述直流電機設(shè)置安裝在平臺上，所述直流電機通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)動軸的一端固定連接，所述轉(zhuǎn)動軸的另一端依次穿過兩個通孔后設(shè)置于導電圓環(huán)內(nèi)，所述導電圓環(huán)與器壁外表面相連接，所述轉(zhuǎn)動軸還與石墨轉(zhuǎn)盤電極固定連接，所述石墨轉(zhuǎn)盤電極設(shè)置在中空容器內(nèi)；所述隔板上設(shè)置有固定孔，所述普通石墨電極和飽和甘汞參比電極分別固定連接銅棒，所述銅棒貫穿固定孔與隔板固定連為一體，所述隔板安裝設(shè)置在中空容器的頂部，所述銅棒和導電圓環(huán)與外部的電化學工作站電連接，所述直流電機與外部的直流電源電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，其特征在于，所述直流電機為R260電機，工作電壓為3-6V，最大轉(zhuǎn)速為18000轉(zhuǎn)/分鐘。
3.如權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，其特征在于，所述隔板設(shè)置為一長方體，所述電解反應池的頂部設(shè)置有容納隔板的凹槽。
4.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動軸為銅質(zhì)轉(zhuǎn)動軸，所述轉(zhuǎn)動軸的另一端與導電圓環(huán)摩擦接觸。
5.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，其特征在于，所述電解反應池的底部邊緣處設(shè)置為向外延伸的底座。
6.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器,其特征在于,所述轉(zhuǎn)動軸貫穿于石墨轉(zhuǎn)盤電極的中心與石墨轉(zhuǎn)盤電極固定連為一體。
7.如權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，其特征在于，所述石墨轉(zhuǎn)盤電極的邊緣處設(shè)置為鋸齒狀。
8.如權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，其特征在于，所述石墨轉(zhuǎn)盤電極的半徑為38mm,厚度為10mm。
9.一種利用權(quán)利要求1至8任一項所述的轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器降解廢水中四環(huán)素的方法，步驟如下: (1)將事先加入Fe2+的廢水注入到電解反應池中，待廢水注入到石墨轉(zhuǎn)盤電極的中心位置處，停止注入廢水，然后使用緩沖溶液調(diào)節(jié)廢水的PH值，使廢水的pH < 5 ; (2)啟動直流電源，直流電機帶動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，與轉(zhuǎn)動軸連接的石墨轉(zhuǎn)盤電極在廢水中旋轉(zhuǎn)起到攪拌作用，通過調(diào)節(jié)直流電機的電源電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速； (3)啟動電化學工作站，銅棒和導電圓環(huán)進行導電，其中普通石墨電極為陽極，石墨轉(zhuǎn)盤電極為陰極，飽和甘汞電極為參比電極，三者之間構(gòu)成了三電極體系； (4)石墨轉(zhuǎn)盤電極在轉(zhuǎn)動過程中在轉(zhuǎn)盤表面形成一層水膜，空氣中的氧氣擴散進入水膜，在陰極表面發(fā)生還原反應，生成H2O2, 陰極發(fā)生的反應式為:02+2H++2e- = H2O2 H2O2與廢水中的Fe2+同時作用對廢水中的四環(huán)素進行降解，其反應式為:
Fe2++H202 — Fe3++0H>.0H
H0.+RH — R.+H2O
R.+Fe3+ — R++Fe2+H0.+Fe2+ — HO_+Fe3+ 四環(huán)素的的分子為C22H24N2O,其結(jié)構(gòu)圖為鹽酸四環(huán)素結(jié)構(gòu)圖，
10.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器降解廢水中四環(huán)素的方法，其特征在于，所述步驟(1)中的緩沖溶液為磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉與硫酸、氫氧化鈉配置的PH為3的緩沖溶液。
【文檔編號】C02F1/467GK103991933SQ201410239633
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】高明明, 張巖, 王新華, 劉瑞婷 申請人:山東大學