可利用高色度含醇廢水氫-電聯(lián)產(chǎn)的光化學(xué)電池裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種化工技術(shù)領(lǐng)域的光催化方法，尤其涉及一種可利用高色度含 醇廢水氫-電聯(lián)產(chǎn)的光化學(xué)電池裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著化石燃料的廣泛應(yīng)用，特別是石油和煤炭的大量使用，引發(fā)嚴(yán)重的能源危機(jī) 和環(huán)境污染。因此，迫切需要尋找清潔可再生的能源以有效替代化石燃料，而氫能具有高 效、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，是理想的能源替代品。
[0003] 傳統(tǒng)的制氫的方法主要有電解水、化石燃料合成、生物質(zhì)氣化、微生物制氫以及光 催化法等。其中，電解水與化石燃料合成是傳統(tǒng)的制氫方法，也是目前應(yīng)用最為廣泛的產(chǎn)氫 技術(shù)，但各自存在優(yōu)缺點(diǎn)。自從1972年Nature上刊登關(guān)于在1102電極上光裂解水制備氫 氣的報(bào)道，標(biāo)志著光催化制氫新時(shí)代的開始。傳統(tǒng)的光催化制氫大多以鉑等貴金屬作為助 催化劑，成本高且難以大批量使用。并且傳統(tǒng)的光催化制氫的反應(yīng)器基本上都是將光電極 完全浸入反應(yīng)液中，激發(fā)光需穿透厚厚的液層才能到達(dá)光催化劑的表面，由于溶液對(duì)光的 吸收而引起光能的很大損失。
[0004] 經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利號(hào)ZL201010527940. 8，"尖錐結(jié)構(gòu)光陽極光 電轉(zhuǎn)盤處理有機(jī)廢水光電催化的方法"，中國專利號(hào)ZL201010528324. 4，"尖劈結(jié)構(gòu)光陽極 光電轉(zhuǎn)盤處理有機(jī)廢水光電催化的方法"，以及中國專利號(hào)ZL201010300873. 6，"復(fù)合轉(zhuǎn)盤 液膜反應(yīng)器及其處理有機(jī)廢水的方法"，這些技術(shù)包括了一種動(dòng)態(tài)光陽極的單片/復(fù)合轉(zhuǎn)盤 光電液膜反應(yīng)器：將Ti02電極制作成轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤部分浸沒在溶液中，利用轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使其在 空氣中的部分形成了幾十微米的液膜，解決了傳統(tǒng)反應(yīng)器中的激發(fā)光必須通過較厚（往往 是數(shù)厘米）的溶液層才能照射到電極上的問題，同時(shí)強(qiáng)化了激發(fā)光的利用率和傳質(zhì)效率。 在上述現(xiàn)有技術(shù)中，雖然光陽極有效催化降解有機(jī)廢水，由于：（1)轉(zhuǎn)盤陽極在單片樣機(jī)時(shí) 可方便利用紫外燈及太陽光的光能，但對(duì)于多片轉(zhuǎn)盤并排放置，彼此之間有阻擋，利用太陽 光則有難度，需要放置多光源以保證照射面積，而用旋鼓結(jié)構(gòu)代替轉(zhuǎn)盤就可方便地利用太 陽光或紫外燈；（2)陰陽極處于同一反應(yīng)溶液，整個(gè)體系暴露于空氣，陰極的還原反應(yīng)被忽 略，并且催化處理有機(jī)廢水需外加電壓，該轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器的性能并未得到全面發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種可利用高色度含醇廢水 氫-電聯(lián)產(chǎn)的光化學(xué)電池裝置。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明涉及一種可利用高色度含醇廢水氫-電聯(lián)產(chǎn)的旋鼓型光化學(xué)電池裝置，所 述裝置包括疏水多孔膜、反應(yīng)器、光電旋鼓陽極、激發(fā)光源、鉑陰極；所述疏水多孔膜將反應(yīng) 器分成陰極區(qū)和陽極區(qū)；所述光電旋鼓陽極內(nèi)設(shè)轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸與馬達(dá)連接，所述轉(zhuǎn)軸與碳 刷接觸，所述碳刷連接外電路導(dǎo)線；所述光電旋鼓陽極下部浸沒于陽極區(qū)內(nèi)的陽極液中，上 部暴露于空氣中，所述陽極液為含醇廢水，所述激發(fā)光源設(shè)置于光電旋鼓陽極上方；所述鉑 陰極置于陰極區(qū)內(nèi)的陰極液中，所述陰極液為酸性溶液，所述鉑陰極通過所述外電路導(dǎo)線 與陽極的碳刷相連，所述陰極區(qū)為氮?dú)夥諊芊?。?yōu)選陽極液為高色度含醇廢水。
[0008] 本發(fā)明的旋鼓型光化學(xué)電池裝置的制備包括如下步驟：
[0009] 第一步，以疏水多孔膜將反應(yīng)器分成陰陽兩個(gè)區(qū)，陽極液為高色度含醇廢水，陰極 液為酸性溶液；
[0010] 第二步，將鍍鉑片（在鈦片基底上均勻光亮電鍍2ym的鉑）進(jìn)行陰極極化，沉積 少量鉑黑后用作陰極，置于氮?dú)夥諊芊獾年帢O區(qū)，通過導(dǎo)線與陽極的碳刷相連接；
[0011] 第三步，采用鈦旋鼓為基底，將1102光催化劑負(fù)載在基底上，用作光電旋鼓陽極， 置于空氣氛圍的陽極區(qū)，光電旋鼓陽極內(nèi)設(shè)轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸與馬達(dá)連接并與碳刷相接觸，放入含 醇廢液，使旋鼓下半部分沉沒于溶液中，上半部分暴露于空氣中；
[0012] 第四步，調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速器，控制光電旋鼓陽極轉(zhuǎn)動(dòng)的速度使其表面形成高色度廢 水的微米級(jí)液膜；
[0013] 第五步，將光源放置光陽極正上方，激發(fā)光易于透過液膜照射到光電旋鼓陽極表 面，激發(fā)催化劑與液膜中的污染物發(fā)生催化氧化反應(yīng)，在陽極Ti02/Ti表面肖特基勢(shì)皇及 陰陽極電勢(shì)差的作用下，光生電子通過碳刷經(jīng)外電路導(dǎo)向陰極，從而構(gòu)成光化學(xué)電池的運(yùn) 行；
[0014] 第六步，光生電子到達(dá)陰極鍍鉑電極上，H+得到電子被還原成H2，對(duì)陰極區(qū)氣體進(jìn) 行取樣分析，測(cè)定氫氣產(chǎn)量，并對(duì)外電路電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，完成利用高色度含醇廢水氫-電聯(lián) 產(chǎn)的過程。
[0015] 作為優(yōu)選方案，所述光電旋鼓陽極是采用鈦旋鼓為基底，將1102光催化劑負(fù)載在 基底上制備而得。
[0016] 作為優(yōu)選方案，所述負(fù)載采用的方法為溶膠-凝膠法、直接熱氧化法或陽極氧化 法。
[0017] 作為優(yōu)選方案，所述馬達(dá)工作時(shí)的轉(zhuǎn)速為10~lOOrpm。優(yōu)選40~lOOrpm，更優(yōu) 選 70 ~lOOrpm。
[0018] 作為優(yōu)選方案，所述鉑陰極是將鍍鉑片進(jìn)行陰極極化，沉積少量鉑黑后制備而得。
[0019] 作為優(yōu)選方案，所述陽極液為酸性、中性或堿性的含醇廢水。優(yōu)選堿性高色度含醇 廢水，更優(yōu)選pH值為13~14。
[0020] 作為優(yōu)選方案，所述裝置反應(yīng)體系溫度為5~45°C。優(yōu)選20~40°C，更優(yōu)選25~ 4(TC〇
[0021] 作為優(yōu)選方案，所述激發(fā)光源為人造光源或太陽光。
[0022] 本發(fā)明無需外加偏壓，由陰陽極電解液間的酸堿度差提供化學(xué)電勢(shì)。
[0023] 本發(fā)明是利用疏水多孔膜將反應(yīng)器分為兩室，膜兩側(cè)引入不同電解液，以其兩側(cè) 溶液的酸堿濃度差產(chǎn)生化學(xué)電勢(shì)，這樣就無需外加電壓。陽極區(qū)暴露于空氣中進(jìn)行光催化 降解高色度含醇廢水，陰極區(qū)密封隔氧進(jìn)行還原產(chǎn)氫，并在連接陰陽極的外電路上形成電 流，從而實(shí)現(xiàn)氫_電聯(lián)產(chǎn)同時(shí)處理高色度含醇廢水的目標(biāo)。
[0024] 本發(fā)明的工作原理為：轉(zhuǎn)軸將光電旋鼓陽極懸空使其下半部分浸沒于陽極液中， 上半部分暴露于空氣中，控制轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速在光電旋鼓陽極上半部分形成微米級(jí)的液膜，激發(fā) 光透過液膜照射到陽極表面的11〇2上，形成空穴-電子對(duì)。光生空穴氧化液膜中的有機(jī)物， 生成的中間產(chǎn)物和質(zhì)子等通過陽極轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入陽極液，陽極液中的有機(jī)物通過轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入液膜 中，從而使液膜不斷更新。質(zhì)子在陰陽極的電極作用下穿過疏水多孔膜到達(dá)陰極區(qū)，光生電 子由外電路傳遞到陰極而形成電流，質(zhì)子與電子在陰極區(qū)結(jié)合發(fā)生還原反應(yīng)形成并釋放出 氫氣。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0026] (1)本發(fā)明利用疏水多孔膜將裝置分為陰陽兩區(qū)，膜兩側(cè)放置不同溶液以提供化 學(xué)偏壓，采用具有催化質(zhì)子還原性能的材料（鉑等）為陰極，并且將陰極區(qū)密封以隔絕空 氣，實(shí)現(xiàn)光陽極降解有機(jī)廢物，外電路產(chǎn)生電流以及陰極產(chǎn)生氫氣，實(shí)現(xiàn)了將光能和有機(jī)廢 物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成氫能和電能等可利用的能源形式。
[0027] (2)本發(fā)明中的旋鼓電極光能利用率高，多個(gè)并排使用時(shí)，彼此之間沒有阻擋，只 需放置單一光源。
[0028] (3)本發(fā)明無需外加電壓，由質(zhì)子交換膜兩側(cè)溶液的酸堿度差形成化學(xué)偏壓，足以 提供反應(yīng)體系進(jìn)行正常運(yùn)作的電位電勢(shì)。
[0029] (4)本發(fā)明中的商用鍍鉑片是在鈦片基底上均勻光亮電鍍2ym的鉬，購置后沉積 少量鉑黑后用在本體系中，從而既保證了催化產(chǎn)氫的效率又降低使用純鉑片所帶來的高成 本。
【附圖說明】
[0030] 圖1可利用高色度含醇廢水氫-電聯(lián)產(chǎn)的光化學(xué)電池與裝置示意圖；
[0031] 圖2可利用高色度含醇廢水氫-電聯(lián)產(chǎn)的光化學(xué)電池與裝置的原理示意圖；
[0032] 圖1中，1為調(diào)速器，2