光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于有機廢水處理技術領域，具體涉及一種光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著工業(yè)經濟的發(fā)展，人類對于化工產品的需要和應用日益增多，不可避免造成了對水資源的污染。處理不及時或不恰當，水體中的有害物質將給人類的生命與健康帶來威脅。如何使用低能耗、無污染、簡便有效的技術處理廢水，一直是專家學者探究的熱點，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)過程的高級氧化技術，在應用于降解廢水中的有毒有害、難生物降解的有機污染物方面具有優(yōu)勢。但由于T12的光吸收范圍限于波長小于387nm的紫外區(qū)，而太陽光譜中紫外部分能量通常不到5%，實際應用時需要耗費大量的電能產生紫外光，致使這一高級氧化技術目前難以工程推廣應用。
[0004]有些研究發(fā)現(xiàn)對于處理水環(huán)境中的有機物，T12摻雜處理雖可拓寬其光吸收范圍至可見光區(qū)，但將同時影響T12的穩(wěn)定性，摻雜后的T12能帶間隙變窄，在可見光下對有機污染物的降解有選擇性，而H2O2助T12可見光催化反應顯示較好的應用前景，既不需要復雜的摻雜改性處理而影響T12的穩(wěn)定性，且各類有機污染物也能在此條件下被降解。
[0005]由于這一可見光催化反應發(fā)生的前提是反應體系中的H2O2吸附于T12表面形成復合物，并在吸收可見光后轉為自由基等活性物種，在反應的初始階段，H2O2濃度高，而T12吸附性有限，那些不能及時吸附于T12表面形成復合物的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;而在反應后期，則由于前期損耗，反應體系H2O2濃度太低，反應速率不能維持在較高水平上。提高T12的可見光催化活性和H2O2的利用率問題，是現(xiàn)今T12光催化技術使用上的重要課題。
【實用新型內容】
[0006]為了改善H2O2助T12可見光催化的效率，本實用新型的目的在于提供一種光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置，該裝置利用電化學產生H2O2來協(xié)助T12對可見光產生響應，并循環(huán)協(xié)同類芬頓反應，不僅提高了廢水降解的效果，并且減少了操作和材料浪費。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術方案如下:
[0008]光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置，包括恒電流/恒電位儀、曝氣栗及均為長方體形的反應槽及電解槽，所述反應槽與電解槽上、下對應且反應槽位于電解槽的上方;反應槽左側壁的上、下兩端分別設有第一進水口和第一出水口，反應槽右側壁底部設有第一曝氣頭；電解槽左側壁的上、下兩端分別設有第二進水口和第二出水口，電解槽左側壁內側第二出水口處設置有微孔過濾層，電解槽右側壁底部設有第二曝氣頭，電解槽內底部的左、右兩側均設有U型的限位槽，電解槽內左、右兩側分別設有陽極及陰極，陽極及陰極的下端分別插入左、右兩側的限位槽內，陽極及陰極的上端中部各自設置有引線，陽極和陰極則各自通過引線穿過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；第一進水口與第二出水口之間連接有第一水管，第一水管上設有抽水栗及第一閥門，第一出水口與第二進水口之間連接有第二水管，第二水管上設有第二閥門，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通氣管相連通。
[0009]優(yōu)選地，所述陽極為網板狀的銥鉭鈦陽極，所述陰極為板狀的石墨陰極。
[0010]優(yōu)選地，所述反應槽及電解槽均由有機玻璃制成。
[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]進一步，本實用新型裝置中，光源部分不僅可以采用自然光，也可以采用模擬自然光，為此反應槽正上方可以設置金鹵燈。
[0013]本實用新型裝置在處理廢水時，電解槽內加入納米T12,通電、曝氣則同時發(fā)生陽極氧化和陰極產生H2O2,陰極電解產生的H2O2吸附于納米T12表面，可使其吸收可見光進行催化氧化反應，同時H2O2在其表面被催化分解;反應槽內調節(jié)廢水初始pH并加入氯化鐵，通過反應槽與電解槽內液體的循環(huán)流通，將三價鐵引入H202/Ti02體系中，不僅提高了T12光催化效率，而且產生類芬頓效應，進一步提高了廢水處理效率。過去方法中添加H2O2很難控制其濃度，并且初始時相對較高濃度會阻礙氧化反應進程，而本實用新型電化學產生H2O2處于動態(tài)穩(wěn)定中，陰極電解產生后不僅助T12可見光催化，而且被電解和催化分解產生大量自由基，避免了過多H2O2成為羥基自由基的捕獲劑而降低降解效果，使廢水有機碳含量減少直至無機化。
[0014]本實用新型的有益效果:
[0015]1.本實用新型采用銥鉭鈦陽極、石墨陰極，并采用恒電流/恒電位儀提供直流電源，形成一個電化學處理廢水反應器，包含陽極氧化和陰生H2O2;在電解槽中添加T12,電解產生的H2O2可助T12進行可見光催化，從而解決了T12光催化使用時對紫外光能的限制。
[0016]2.本實用新型電解槽中H2O2的電解產生與催化分解構成動態(tài)平衡，解決了光催化中H2O2利用率不高的問題；另外溶液電解時外加的偏壓，可阻止光生電子和空穴的復合，使T12達到較高的光催化活性。
[0017]3.本實用新型反應槽內對廢水調節(jié)pH并加入氯化鐵，再通過與電解槽的循環(huán)流通，將類芬頓、光催化與電化學結合起來，本實用新型裝置結構緊湊，為處理廢水降低了成本，簡化了操作，提升了實用價值。
【附圖說明】

[0018]圖1是本實用新型的結構不意圖；
[0019]圖2為圖1中反應槽和電解槽內部不放置陽極、陰極的的主視圖；
[0020]圖3為圖2中不放置陽極及陰極的電解槽內部的立體圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1?3所示，一種光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置，包括恒電流/恒電位儀2、曝氣栗19、反應槽4及電解槽15，反應槽4與電解槽15上、下對應且反應槽4位于電解槽15的上方，反應槽4與電解槽15的橫截面形狀及尺寸均相同。反應槽4左側壁的上、下兩端分別設有第一進水口 20和第一出水口 21，反應槽4左側壁內側第一出水口 21處設置有濾布6，反應槽4右側壁底部設有第一曝氣頭5，反應槽4的下底面的左、右兩側均設置有第一支腳25，所述兩個第一支腳25之間的距離與電解槽15左側壁與右側壁之間的距離相適配，使反應槽4放置于電解槽15上，第一支腳25剛好伸入電解槽15內以保持反應槽4平穩(wěn)。電解槽15左側壁的上、下兩端分別設有第二進水口 22和第二出水口 24，電解槽15左側壁內側第二出水口 24處設置有微孔過濾層12，電解槽15右側壁底部設有第二曝氣頭17，電解槽15的下底面的左、右兩側均設置有第二支腳26，第二支腳26的設置與第一支腳25相對應;電解槽15內底部的左、右兩側均設有U型的限位槽13，電解槽15內左、右兩側分別設有陽極14及陰極16，陽極14及陰極16的下端分別插入左、右兩側的限位槽13內，電解槽15左、右側壁的上端均開有I個通孔23，陽極14及陰極16的上端中部各自設置有引線，陽極14和陰極16則各自通過引線分別穿過并伸出左、右兩側的通孔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上設有抽水栗10及第一閥門11，抽水栗10的兩接口通過第一水管3分別與第一進水口 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與第二進水口 22之間連接有第二水管7，第二水管7上設有第二閥門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之間設有通氣管組9，所述通氣管組9包括I個三通管接頭及若干通氣管，三通管接頭的三個管口通過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之間的通氣管上設置有第三閥門18。反應槽4正上方設置有金鹵燈
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[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;所述陽極14為網板狀的銥鉭鈦陽極，所述陰極16為板狀的石墨陰極;所述反應槽4及電解槽15均為長方體形且均由有機玻璃制成;所述微孔過濾層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閉狀態(tài)。使用時，首先打開金鹵燈I及恒電流/恒電位儀2，進入預熱穩(wěn)定，然后將有機廢水注入反應槽4內，注入的有機廢水水量不高于第一進水口 20，調節(jié)反應槽4廢水的pH值至3，加入支持電解質(NaSO4)及氯化鐵，打開曝氣栗19，反應10分鐘;打開第二閥門8，反應槽4內的廢水在重力作用下流入電解槽15內，向電解槽15內加入納米T12粉體，然后關閉第二閥門8，并再次向反應槽4內注入有機廢水，調節(jié)反應槽4內有機廢水的pH值至3，加入支持電解質(NaSO4)及氯化鐵，打開第三閥門18，將恒電流/恒電位儀2上的開關撥至“通”以提供直流電；反應10分鐘后，打開抽水栗10、第一閥門11及第二閥門8，通過調節(jié)使反應槽4與電解槽15內的溶液循環(huán)流動，直到廢水達到規(guī)定的排放標準，則降解試驗結束，第一水管3可從第二出水口 24處抽離，經過處理的廢水從第二出水口24排出，整個裝置及電解槽15內的納米T12粉體都可循環(huán)使用，不僅提高了有機廢水的降解速率，而且方便操作和取樣檢測。
【主權項】
1.光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置，其特征在于:包括恒電流/恒電位儀、曝氣栗及均為長方體形的反應槽及電解槽，所述反應槽與電解槽上、下對應且反應槽位于電解槽的上方;反應槽左側壁的上、下兩端分別設有第一進水口和第一出水口，反應槽右側壁底部設有第一曝氣頭；電解槽左側壁的上、下兩端分別設有第二進水口和第二出水口，電解槽左側壁內側第二出水口處設置有微孔過濾層，電解槽右側壁底部設有第二曝氣頭，電解槽內底部的左、右兩側均設有U型的限位槽，電解槽內左、右兩側分別設有陽極及陰極，陽極及陰極的下端分別插入左、右兩側的限位槽內，陽極及陰極的上端中部各自設置有引線，陽極和陰極則各自通過引線穿過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;第一進水口與第二出水口之間連接有第一水管，第一水管上設有抽水栗及第一閥門，第一出水口與第二進水口之間連接有第二水管，第二水管上設有第二閥門，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通氣管相連通。2.根據(jù)權利要求1所述的光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置，其特征在于:所述陽極為網板狀的銥鉭鈦陽極，所述陰極為板狀的石墨陰極。3.根據(jù)權利要求1所述的光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置，其特征在于:所述反應槽及電解槽均由有機玻璃制成。4.根據(jù)權利要求1所述的光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置，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)權利要求1至4中任一所述的光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置，其特征在于:反應槽正上方設有金鹵燈。
【專利摘要】本實用新型公開了一種光電化學協(xié)同催化降解廢水中有機污染物的裝置，包括恒電流/恒電位儀、曝氣泵及上、下對應設置的反應槽和電解槽，反應槽及電解槽左側壁的上、下兩端均分別設有進水口和出水口，并通過水管連通實現(xiàn)循環(huán)流動，反應槽及電解槽右側壁底部均設有曝氣頭，曝氣頭通過通氣管與曝氣泵相連接；電解槽內底部的左、右兩側均設有限位槽，電解槽內左、右兩側分別設有陽極及陰極，陽極及陰極的下端分別插入限位槽內，陽極及陰極的上端中部各自設置有引線，并通過引線與恒電流/恒電位儀的電極接口連接。本實用新型將類芬頓、光催化與電化學結合起來，為處理廢水降低了成本，簡化了操作，提升了實用價值。
【IPC分類】C02F1/30, C02F1/72, C02F1/461
【公開號】CN205387492
【申請?zhí)枴緾N201620196788
【發(fā)明人】唐建軍, 陳益清
【申請人】深圳職業(yè)技術學院
【公開日】2016年7月20日
【申請日】2016年3月15日