一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器的制造方法
【專利摘要】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、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】-種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，屬于水處理【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 近年來，電Fenton氧化技術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注。電Fenton法是指借助電化學法生成 Fe2+和H202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·〇Η，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C0 2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H 202，避免了原料試劑在存儲和運輸過 程中產(chǎn)生的危險；處理設備簡單，處理周期短。
[0003] 常見電Fenton法有陰極電Fenton法(；EF-Fenton法），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 〇 2在陰極上捕獲電子生成H202，普通壓縮空氣裝置將氧氣充入整個電解池中，而0 2在電解液 中溶解度很小，充入其中的〇2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，〇2需要在陰極表面捕獲電子才能生成H202，傳統(tǒng)的電Fenton反應器0 2在電 解液中傳質(zhì)和擴散易受影響。不易使〇2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。 實用新型內(nèi)容
[0004] 針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器。
[0005] 本實用新型的技術方案如下：
[0006] -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，所述電解反應池設置 為一頂部開口的中空容器，所述中空容器的器壁上設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置有固定連接器壁外表面的平臺， 所述直流電機設置安裝在平臺上，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)盤電極設置在中空容器內(nèi)；所述 隔板上設置有固定孔，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。
[0007] 根據(jù)本實用新型，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。
[0008] 根據(jù)本實用新型，優(yōu)選的，所述隔板設置為一長方體，所述電解反應池的頂部設置 有容納隔板的凹槽。此設計的目的在于，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。
[0009] 根據(jù)本實用新型，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。
[0010] 根據(jù)本實用新型，優(yōu)選的，所述電解反應池的底部邊緣處設置為向外延伸的底座。
[0011] 根據(jù)本實用新型，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)。
[0012] 根據(jù)本實用新型，優(yōu)選的，所述石墨轉(zhuǎn)盤電極的邊緣處設置為鋸齒狀。此設計的好 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。
[0013] 根據(jù)本實用新型，優(yōu)選的，所述石墨轉(zhuǎn)盤電極的半徑為38_，厚度為10_。此設計 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。
[0014] 該轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器的工作原理如下：
[0015] 在利用該轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器進行反應液降解的過程中，普通石墨電極作為 陽極，石墨轉(zhuǎn)盤電極作為陰極，飽和甘汞電極作為參比電極，將普通石墨電極連接的銅棒、 飽和甘汞電極連接的銅棒以及導電圓環(huán)與外部電化學工作站電連接，將直流電機與外部的 直流電源電連接，將事先加入Fe 2+的反應液注入到電解反應池中，使石墨轉(zhuǎn)盤電極下半部 分浸入到反應液溶液中即停止注入反應液；然后，啟動直流電機電源，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)盤電極也隨之在反應液中旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)直流電機電源電壓 來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，待轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速達到要求趨于穩(wěn)定后，啟動電化學工作站，反應器開始工作， 圓盤狀石墨電極在轉(zhuǎn)動過程中，由于表面張力和慣性的作用，會在轉(zhuǎn)盤表面形成一層薄水 膜，該水膜的厚度一般在幾十微米左右，很是稀薄，能夠很好地利用空氣中的氧氣穿過薄膜 向陰極表面擴散。大氣中氧氣含量高，在氣液界面的分壓大，加之液膜厚度薄，擴散的阻力 小，使得空氣中的氧氣擴散到陰極表面的速率快，遠高于氧氣在電解液中向陰極表面的擴 散速度，便于氧氣擴散進入水膜，繼而到達陰極表面發(fā)生還原反應，生成H 2o2, H202與反應液 中的Fe2+同時作用對反應液進行降解。
[0016] 本實用新型的有益效果在于：
[0017] 1.本實用新型電Fenton反應器對電解池陰極進行了改進創(chuàng)新，取消原本固定的 陰極，采用石墨轉(zhuǎn)盤作為陰極，同時也取消了傳統(tǒng)的曝氣裝置，通過石墨轉(zhuǎn)盤的機械轉(zhuǎn)動， 且機械轉(zhuǎn)動較傳統(tǒng)的曝氣效率高，在轉(zhuǎn)盤表面形成一層薄水膜，氧氣擴散進入水膜，從而在 水膜表面發(fā)生還原反應，生成H 202。
[0018] 2.本實用新型電Fenton反應器取消了攪拌裝置，通過石墨轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，帶動電解 液攪動，促進了電解液中四環(huán)素等物質(zhì)向陰極附近遷移擴散，提高了反應速率，節(jié)省了能源 消耗，節(jié)約了成本。
[0019] 3.本實用新型電Fenton反應器采用圓盤狀的石墨電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固定電極作為 陰極，由于圓盤石墨電極在旋轉(zhuǎn)的過程中，整個圓盤表面都浸有水膜，使得陰極的反應面積 不僅僅局限于電解液中的部分，相比傳統(tǒng)的電極而言，增大了反應器陰極的比表面積，有利 于反應速率的提商。
[0020] 4.本實用新型電Fenton反應器采用石墨材質(zhì)作為陰極，石墨具有較強的吸附性， 本身就能夠吸附去除廢水中的四環(huán)素，同時石墨作為多孔材料，有利于吸附進入的四環(huán)素， 提高了 Fe2+以及H202的反應降解效果。
[0021] 5.本實用新型轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器外形小巧，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實驗使用 效果良好，對四環(huán)素等物質(zhì)具有較高的去除率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本實用新型轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為本實用新型轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖3為本實用新型轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器電解反應池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖4為本實用新型轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器中鋸齒狀石墨轉(zhuǎn)盤電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖5為本實用新型轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器H202濃度-轉(zhuǎn)速曲線。
[0027] 圖6為本實用新型轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器H202濃度-電壓曲線。
[0028] 圖7為本實用新型四環(huán)素在轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器的降解曲線圖。
[0029] 其中：1、電解反應池；2、底座；3、直流電機；4、聯(lián)軸器；5、轉(zhuǎn)動軸；6、導電圓環(huán)；7、 飽和甘汞參比電極；8、石墨轉(zhuǎn)盤電極；9、平臺；10、普通石墨電極；11、隔板；12、凹槽；13、 銅棒；14、反應液。

【具體實施方式】
[0030] 下面通過實施例并結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明，但不限于此。
[0031] 實施例1 :
[0032] 如圖1至圖3所示，一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，包括電解反應池1、石墨轉(zhuǎn)盤電 極8、普通石墨電極10、飽和甘汞參比電極7、直流電機3、轉(zhuǎn)動軸5、導電圓環(huán)6、聯(lián)軸器4和 隔板11，所述電解反應池1設置為一頂部開口的中空容器，中空容器的器壁上設置有貫通 器壁的兩個通孔，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置有連接器 壁外表面的平臺9,直流電機3設置安裝在平臺9上，直流電機3通過聯(lián)軸器4與轉(zhuǎn)動軸5 的一端固定連接，轉(zhuǎn)動軸5的另一端依次穿過兩個通孔后設置于一導電圓環(huán)6內(nèi)，導電圓環(huán) 6與器壁外表面相連接，轉(zhuǎn)動軸5貫穿于石墨轉(zhuǎn)盤電極8的中心與石墨轉(zhuǎn)盤電極8固定連為 一體，石墨轉(zhuǎn)盤電極5設置在中空容器內(nèi)，所述隔板11上設置有供電極穿過的固定孔，固定 孔的直徑為〇. 2mm，所述普通石墨電極8和飽和甘汞對電極7分別固定連接銅棒13,所述銅 棒13貫穿固定孔與隔板11固定連為一體，所述隔板11安裝設置在中空容器上，所述銅棒 和導電圓環(huán)6與外部電化學工作站電連接，所述直流電機3與外部的直流電源電連接。
[0033] 其中，直流電機選用R260電機，其工作電壓為3-6V，最大轉(zhuǎn)速為18000轉(zhuǎn)/分鐘； 聯(lián)軸器采用塑料材質(zhì)，其直徑為15mm，長為22mm，其孔徑為6mm ;轉(zhuǎn)動軸為六角圓柱體的 銅質(zhì)轉(zhuǎn)動軸，其直徑為15mm.長度為42mm ;石墨轉(zhuǎn)盤電極為一中間開孔的圓盤，其半徑為 38mm，厚度為10mm，其中間開孔孔徑為12mm ;飽和甘汞對電極為217雙鹽橋飽和甘汞電極， 其尺寸為Φ 12X120。
[0034] 利用該轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器降解廢水中四環(huán)素，降解過程中有關參數(shù)的反應 曲線如圖5至圖7所示，其中，
[0035] 圖5中橫坐標為轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，縱坐標為H202的濃度，從圖5中得知，當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為 lOOrpm時廢水中H202的濃度為5mg/l ;當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為200rpm時廢水中H202的濃度為5. 5mg/ 1 ;當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為300rpm時廢水中H202的濃度為6. 3mg/l ;當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為400rpm時廢水中 H202的濃度為9. 4mg/l ;當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為500rpm時廢水中H202的濃度為7. 2mg/l。由此可知，
[0036] 圖6中橫坐標為直流電源的電壓，縱坐標為H202的濃度，從圖6中可知，當電壓為 0. 6V時廢水中H202的濃度為8. 2mg/l ;當電壓為0. 7V時廢水中H202的濃度為9. Omg/1 ;當電 壓為〇. 8V時廢水中H202的濃度為11. lmg/1 ;當電壓為0. 9V時廢水中H202的濃度為7. Omg/ 1 ;當電壓為1. 0V時廢水中H202的濃度為4. 5mg/l ;
[0037] 圖7中橫坐標為降解時間，縱坐標為廢水中四環(huán)素的降解率，從圖7中可得知， 對50mg/L的四環(huán)素溶液4小時去除率為97. 5% ;對100mg/L四環(huán)素溶液4小時去除率為 91. 5% ;對200mg/L四環(huán)素溶液的4小時去除率為90. 2% ;對于300mg/L四環(huán)素溶液4小 時去除率為86. 6%，5小時去除率為90. 7%。
[0038] 通過多次實驗表明，當其他條件不變的情況下，當廢水溶液pH值為3時，H20 2的生 成速率最大；當其他條件不變的情況下，運行電壓為-8V時，H202的產(chǎn)生速率最大；當其他條 件不變的情況下，石墨轉(zhuǎn)盤電極的轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘時，H 202的生成速率最大；當其他條 件不變的情況下，廢水中Fe2+的濃度為1. 5mol/L時，反應器對于四環(huán)素的去除效率最高。
[0039] 實施例2 :
[0040] 如圖2和圖3所示，一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，結(jié)構(gòu)如實施例1所述，其不同之 處在于，隔板11設置為一長方體，電解反應池1的頂部設置有容納隔板11的凹槽12,通過 將隔板11嵌入電解反應池1頂部的凹槽12內(nèi)，保證了在電解反應過程中普通石墨電極10 和飽和甘汞參比電極7的穩(wěn)定性。
[0041] 實施例3:
[0042] 如圖4所示，一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，結(jié)構(gòu)如實施例1所述，其不同之處在 于，石墨轉(zhuǎn)盤電極8的邊緣處設置為鋸齒狀。設計的鋸齒狀相比起圓周的表面，增加了石墨 轉(zhuǎn)盤電極比表面積，加大了空氣中的氧與水膜接觸反應的面積。
[0043] 實施例4 :
[0044] 如圖1所示，一種轉(zhuǎn)盤式電Fenton反應器，結(jié)構(gòu)如實施例1所述，其不同之處在 于，電解反應池1的底部邊緣處設置為向外延伸的底座2。
【權利要求】
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 設置為一頂部開口的中空容器，所述中空容器的器壁上設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置有固定連接器壁外表面的平 臺，所述直流電機設置安裝在平臺上，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)盤電極設置在中空容器內(nèi)；所 述隔板上設置有固定孔，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，所述隔板設置為一 長方體，所述電解反應池的頂部設置有容納隔板的凹槽。
4. 如權利要求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 邊緣處設置為向外延伸的底座。
6. 如權利要求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 的邊緣處設置為鋸齒狀。
8. 如權利要求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。
【文檔編號】C02F1/74GK203890102SQ201420287935
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日: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