專利名稱：微多相電芬頓氧化還原反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種利用電芬頓方法處理高濃度有機廢水的工業(yè)設 備，屬于電化學技術領域。
背景技術：
電芬頓法(Fenton)是將電化學反應過程中產(chǎn)生的Fe2+和H202作 為Fenton試劑的持續(xù)來源。電Fenton法具有自動產(chǎn)生H202的機制 較完善，H202利用率高，有機物降解條件較多(除'OH的氧化作用 外，還有陽極氧化、電吸附)等優(yōu)點。因此，電Fenton法是單一的 Fenton法發(fā)展的重要方向之一。
隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，在給人類帶來進步的同時，也給環(huán)境帶來 了嚴重的污染。其中的一些有機物具有難降解、毒性大的特點，對人 類健康和生態(tài)環(huán)境危害極大。治理高濃度、難降解有機廢水是當前亟 待解決的技術難題。
如何有效的去除這些有毒難降解的有機物，電化學方法是有效的 方法之一。大量的研究表明電化學技術可以將毒性大和分子結構穩(wěn) 定的有機分子轉(zhuǎn)化為可生物降解的物質(zhì)，甚至被徹底氧化為C02和 H20等簡單的無機分子。
通常人們使用高析氧電位電極，如Pb02、 Sn02等涂層電極。水分 子在這類電極表面催化氧化生成-OH。在較長的時間內(nèi)，多數(shù)研究都 側重于高催化性能陽極的開發(fā)，目的是提高污染物的處理效率，而陰 極電催化降解則未引起足夠重視。
傳統(tǒng)的Fenton試劑的獲取方法是？62++11202生成強氧化性的.OH (羥基自由基)來處理有機廢水，其存在的主要問題是①Fe—C法產(chǎn) 生Fe2+用鐵量高。②Fe—C法易于板結，不能長期有效工作。③粉口 H202利用率低。④使用成本高。由于上述問題的困擾，F(xiàn)enton方法 沒有得到很好的利用。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型是解決目前存在的問題，使該項技術真正得以工業(yè)應
用的新型設備。為克服傳統(tǒng)的微電解方法和外加H202來產(chǎn)生Fenton 試劑。
本實用新型主要組成部分分為設備殼體，石墨棒、陰極、感應 電極、絕緣層、陽極填充粒子、陰極填充粒子、布氣口、布氣口、集 水孔、出水堰、進水口、進氣口、出水口。
本實用新型設備由多級單元串聯(lián)或并聯(lián)組成，視廢水7jc質(zhì)情況和 水量情況而確定聯(lián)結或不聯(lián)結。單級單元的結構如附圖所示，內(nèi)殼體 作為陰極，材質(zhì)為不銹鋼，外殼體為聚氯乙烯材料。
本實用新型陽極由石墨棒和石墨棒外表面上纏繞的螺旋形的鈦板 組成，鈥板表面附著有In02—Ta205/Sn02(Sb)—Pb02的復合金屬氧 化物，鈦板外圏子設有一圓筒形的絕緣層，陽極填充粒子充填于絕緣 層與石墨棒之間，粒子材料是粒狀的Y—A1203或硅酸鋁，表面涂有 Mn02—Sn02 (Sb) /Pb02催化材料。
陰極為內(nèi)殼體，材料為超低碳不銹鋼。內(nèi)表面涂敷Pb。陰極粒子 采用石墨粉或活性炭并做活化處理。陰極粒子電極充填于絕緣層與陰 極板之間，陰極電極是利用電化學原理合成Fenton試劑 (H202+Fe2+ )的區(qū)域。
感應電極是鐵質(zhì)材料，感應電極處在的位置在陽極和陰極之間， 在弱酸性條件下和微電解有相同作用。產(chǎn)生Fe2+與H202合成Fenton 試劑。
布水口設置在殼體的下部并與進水口連接，廢水由布水器進入陽 極先期氧化。
布氣口設置在反應器的底部，在反應器殼體上部設有出水堰，出 水堰上設有集水孔和出水口 。
本實用新型用電化學技術在陽極增添了催化粒子，并在石墨電極 外纏繞一層鈥基表面涂敷復合型催化材料。使其同時具有電解催化和 半導體催化作用。
本實用新型設備在陽極和陰極之間還增添了鐵質(zhì)感應電極。通常 在陰極室通過水中溶解氧分子在陰極粒子群表面發(fā)生兩個電子還原 反應生成H202，在弱酸性(PH-3~4)條件下與電解產(chǎn)生的Fe2+發(fā)生Fenton反應，生成強氧化性的.0H。反應中Fe3+會在陰極還原成
Fe2+，繼續(xù)與H202發(fā)生Fenton反應，因此Fe2+在反應中起到催化
劑的作用，電Fenton反應如下
02(g)+2H++2e~ H202 (1) Fe2++ H202+Hh~~ Fe3++ H20+ 0H (2)
0H+RH ~~R+ H20 (3) Fe3++ e ^==^ Fe2+ (4) 本實用新型設備工作采用高頻脈沖供電的方式，提高了電效率，
節(jié)約能源。與一般電源供電相比，節(jié)電明顯。因此，本實用新型是高
效的電Fenton氧化還原反應器。


附圖為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
附圖為本實用新型的結構示意圖。結合該圖對反應器進行詳細描述。
本實用新型主要組成部分分為設備殼體，石墨棒1、陰極2、 感應電極3、絕緣層4 、陽極填充粒子5 、陰極填充粒子6 、布氣口 8 、布氣口 9、集水孔1 0 、出水堰1 1 、進水口 1 2 、進氣口 1 3 、 出水口 14。
本實用新型設備由多級單元串聯(lián)(或并聯(lián))組成，視廢水水質(zhì)情 況和水量情況而確定聯(lián)結(或不聯(lián)結)方式。單級單元的結構如附圖 所示，內(nèi)殼體作為陰極，材質(zhì)為不銹鋼，外殼體為聚氯乙烯材料。
陽極由石墨棒1和石墨棒1外表面上纏繞的螺旋形的鈦板7組 成，鈥板7表面附著有In02—Ta205/Sn02(Sb)—Pb02的復合金屬氧 化物，鈥板7外圏子設有一圓筒形的絕緣層4 ，陰極填充粒子6充填 于絕緣層4與石墨棒1之間，粒子材料是粒狀的Y—A1203或硅酸鋁， 表面涂有Mn02—Sn02 (Sb) /Pb02催化材料。
陰極2為內(nèi)殼體，材料為超低碳不銹鋼。內(nèi)表面涂敷Pb。陰 極粒子采用石墨粉或活性炭并^1活化處理。陰極粒子電極充填于絕緣 層4與陰極板之間，陰極電極是利用電化學原理合成Fenton試劑 (H202+Fe2+ )的區(qū)域。感應電極3是鐵質(zhì)材料，感應電極處在的位置在陽極和陰極之 間，在弱酸性條件下和微電解有相同作用。產(chǎn)生Fe2+與H202合成 Fentoni式劑:i口 (2)式戶斤示。
布水口 8設置在殼體的下部并與進水口 1 2連接，廢水由布水器 進入陽極先期氧化。
布氣口 9設置在反應器的底部，在反應器殼體上部設有出水堰 11，出7]c堰1 1上i殳有集水孔1 0和出水口 1 4 。
布氣口 9對陰性區(qū)域布氣充02,以便補充一定量的氧氣 02 + 2 H+ + 2e> H202 Fe2+ + H202 + W~~Fe3+ + H20 + OH 在陰極區(qū)域生成的 OH與有機物分子發(fā)生氧化降解反應 RH + OH~~ R + H20 由于陽極電極石墨電極具有析氧作用，加之鈥基電極和粒子 材料表面修飾的析氧過電位高的過渡金屬復合氧化物(M0x)作為催 化劑，有利于污水中的有機物(RH)在電極表面直接被電化學氧化， 而且有利于表面生成'0H自由基。'0H自由基是一種氧化性極強的物 質(zhì)，其氧化電位2.85V,比臭氧(2. 07V)、氯(l. 36V)要高的多，故 能與大多數(shù)有機物發(fā)生氧化反應，最終把有機物降解為C02和H20等 簡單的無機物。
權利要求1、微多相電芬頓氧化還原反應器，由多組單元串聯(lián)或并聯(lián)組合而成，每一單元包括有設備殼體，石墨棒、陰極、感應電極、絕緣層、陽極填充粒子、陰極填充粒子、布氣口、布氣口、集水孔、出水堰、進水口、進氣口、出水口。其特征在于電解陽極材料由鈦板纏繞石墨棒組合而成，鈦板7表面附著有InO2-Ta2O5/SnO2(Sb)-PbO2的復合金屬氧化物。
2 、根據(jù)權利要求1所述微多相電芬頓氧化還原反應器，其特 征在于陰極電極為超低碳不銹鋼。
3 、根據(jù)權利要求1所述微多相電芬頓氧化還原反應器，其特 征在于在陽極區(qū)域充填的粒子材料是粒狀的Y—A1203或硅酸鋁， 表面涂有Mn02—Sn02 (Sb) /Pb02催化材料。
4 、根據(jù)權利要求1所述微多相電芬頓氧化還原反應器，其特 征在于在陽極和陰極之間設有感應電極。
5 、根據(jù)權利要求1所述微多相電芬頓氧化還原反應器，其特 征在于在反應器的底部設有布水口并與進水口連接。
專利摘要微多相電Fenton氧化還原反應器，由殼體，電解陽極、陰極，絕緣層，陰極填充粒子，陽極填充粒子，感應電極，布水布氣裝置，高頻脈沖電源組成。反應器的特點是不同于二維電解電極的同時，在反應器中增添了感應電極。除了填充粒子的高催化活性外，感應電極生成的Fe²⁺與H₂O₂發(fā)生Fenton反應，生成強氧化性的羥基自由基(·OH)，有機污染物在與羥基自由基的反應過程中被直接氧化和間接氧化，使之最終得以降解。此反應器適用于處理高濃度、難降解的有機廢水。
文檔編號C02F1/461GK201427883SQ20092014259
公開日2010年3月24日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權日2009年4月30日
發(fā)明者丁則仁, 冷健雄, 劉曉明, 王玉杰, 褚海云 申請人:江西怡杉環(huán)保有限公司