申請(qǐng)日2013.10.30
公開(公告)日2014.12.10
IPC分類號(hào)C02F101/38; C02F1/461
摘要
本發(fā)明公開了屬于高濃度有機(jī)廢水的電化學(xué)處理技術(shù)領(lǐng)域的一種用于處理含氮硫氧雜環(huán)化合物廢水的二維電極反應(yīng)器。該反應(yīng)器由電解槽、極板卡槽、格柵支架、透水格柵、磁珠、出水口、不銹鋼陰極板、負(fù)載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO膜鈦基陽極板、電線和穩(wěn)壓穩(wěn)流電源組成。在電解槽的底部放置磁珠，中下部設(shè)有出水口。格柵支架分布在電解槽的四角。透水格柵和極板卡槽均為活動(dòng)式。在電解槽中共放置4個(gè)極板卡槽，每個(gè)極板卡槽上均勻設(shè)置5個(gè)卡位，用于選擇合適的間距插入不銹鋼陰極板和負(fù)載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO膜鈦基陽極板。本發(fā)明制得的二維電極反應(yīng)器對(duì)含氮硫氧雜環(huán)化合物廢水處理效率高、成本低、操作簡單。
權(quán)利要求書
1.一種用于處理含氮硫氧雜環(huán)化合物廢水的二維電極反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器由 電解槽、極板卡槽、格柵支架、透水格柵、磁珠、出水口、不銹鋼陰極板、負(fù)載Pt摻雜CoO- SnO鍍SrO膜鈦基陽極板、電線和穩(wěn)壓穩(wěn)流電源組成;在電解槽的底部放置磁珠，中下部設(shè) 有出水口;格柵支架分布在電解槽的四角，透水格柵和極板卡槽均為活動(dòng)式;在電解槽中共 放置4個(gè)極板卡槽，每個(gè)極板卡槽上均勻設(shè)置5個(gè)卡位;其中，負(fù)載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO 膜鈦基陽極板由如下方法制備：
(1)將鈦片放置在40kHz超聲波清洗儀中用洗滌劑溶液清洗30min，然后取出用去離子 水沖洗，再放置在40kHz超聲波清洗儀中用去離子水清洗15min;
(2)將步驟(1)得到的鈦片放置在10%的草酸溶液中刻蝕2h，然后取出用去離子水沖 洗，再放置在40kHz超聲波儀器中用去離子水清洗15min，晾干后保存在無水乙醇中備用;
(3)利用輝光放電對(duì)步驟(2)得到的鈦片表面進(jìn)行預(yù)處理10min，然后在MS56A型高 真空多靶磁控濺射機(jī)上完成磁控濺射鍍鉑得到物質(zhì)A，其中陰極靶材為鉑片，鈦片作為陽極 基片，操作模式為射頻濺射，真空度為8.0×10-2Pa，功率為100W，氬氣壓力為1pa;
(4)將正丁醇、異丙醇、異丁醇、無水乙醇按等體積比例混合，得到溶液A;將 Co(NO3)2.6H2O溶于水中制成濃度為0.5mol/L的溶液，加入5滴硝酸以防水解，得到溶液B; 將SnCl2.H2O溶于無水乙醇制成濃度為0.5mol/L的溶液C;將Sr(NO3)2溶于水中制成濃度為 0.5mol/L的溶液D;
(5)向溶液B中加入等體積的溶液A搖勻后分成等量4份，得到溶液B1、B2、B3、 B4;
(6)向溶液C中加入等體積的溶液A搖勻后分成等量4份，得到溶液C1、C2、C3、 C4;
(7)向溶液D中加入等體積的溶液A搖勻后分成等量2份，得到溶液D1、D2;
(8)將步驟(3)得到的物質(zhì)A浸入步驟(5)得到的溶液B1中，并在磁力攪拌器作用下均 勻浸漬，3h后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)B1;
(9)將物質(zhì)B1浸入步驟(5)得到的溶液B2中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后 取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在960℃條件下焙燒 4h，得到物質(zhì)B2;
(10)將物質(zhì)B2浸入步驟(6)得到的溶液C1中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)C1;
(11)將物質(zhì)C1浸入步驟(6)得到的溶液C2中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在500℃條件下焙 燒4h，得到物質(zhì)C2;
(12)將物質(zhì)C2浸入步驟(5)得到的溶液B3中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)B3;
(13)將物質(zhì)B3浸入步驟(5)得到的溶液B4中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在960℃條件下焙 燒4h，得到物質(zhì)B4;
(14)將物質(zhì)B4浸入步驟(6)得到的溶液C3中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)C3;
(15)將物質(zhì)C3浸入步驟(6)得到的溶液C4中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在500℃條件下焙 燒4h，得到物質(zhì)C4;
(16)將物質(zhì)C4浸入步驟(7)得到的溶液D1中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在780℃條件下焙 燒4h，得到物質(zhì)D1;
(17)將物質(zhì)D1浸入步驟(7)得到的溶液D2中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在780℃條件下焙 燒4h，得到的物質(zhì)即為負(fù)載Pt摻雜COO-SnO鍍SrO膜的鈦基陽極板。
說明書
用于處理含氮硫氧雜環(huán)化合物廢水的二維電極反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于高濃度有機(jī)廢水的電化學(xué)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于處理含氮硫氧雜 環(huán)化合物廢水的二維電極反應(yīng)器。
背景技術(shù)
電催化氧化技術(shù)通過產(chǎn)生羥基自由基等強(qiáng)氧化性的活性基團(tuán)來降解廢水中的有機(jī)污染 物，具有無二次污染、成本低、適用性強(qiáng)、效率高等特點(diǎn)，在處理高濃度、難生化降解廢水 方面具有應(yīng)用潛力。為增強(qiáng)難生化降解廢水的電催化處理效果，提高電解槽單位體積有效反 應(yīng)面積、傳質(zhì)效果和電流效率是非常關(guān)鍵的問題，因此需要開發(fā)新型高效的電催化反應(yīng)器。 同時(shí)，將反應(yīng)器的開發(fā)和與之相匹配的電極制備相結(jié)合進(jìn)行，使電極的催化效率得到充分發(fā) 揮是目前研究的重點(diǎn)之一。因此選擇適合的電極材料和對(duì)其改性，以改善電極的表面催化性 能，便成了電化學(xué)工作者研究的新課題。近30年來，鈦基板電極已發(fā)展成為金屬氧化物電極 的主要形式，目前修飾鈦電極所使用的金屬氧化物主要有氧化釕、氧化錳、氧化鉛、氧化鉑、 氧化銥、錫銻氧化物等。電催化電極的表面微觀結(jié)構(gòu)和狀態(tài)是影響電催化性能的重要因素， 而電極的制備方法直接影響到電極的表面結(jié)構(gòu)，因而選擇合適的電極制備方法是提高電極電 催化活性至關(guān)重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前還缺少將反應(yīng)器的開發(fā)和與之相匹配的電極制備相結(jié)合 方面的研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于處理含氮硫氧雜環(huán)化合物廢水的二維電極反應(yīng)器。本發(fā)明 的具體內(nèi)容如下：
用于處理含氮硫氧雜環(huán)化合物廢水的二維電極反應(yīng)器由電解槽(1)、極板卡槽(2)、 格柵支架(3)、透水格柵(4)、磁珠(5)、出水口(6)、不銹鋼陰極板(7)、負(fù)載Pt 摻雜CoO-SnO鍍SrO膜鈦基陽極板(8)、電線(9)和穩(wěn)壓穩(wěn)流電源(10)組成。在電解槽 (1)的底部放置磁珠(5)。在電解槽(1)的中下部設(shè)有出水口(6)，供取樣使用。格柵 支架(3)分布在電解槽(1)的四角，為固定式，作為透水格柵(4)的支架。透水格柵(4) 和極板卡槽(2)均為活動(dòng)式，可以取出。在電解槽(1)中共放置4個(gè)極板卡槽(2)，每個(gè) 極板卡槽上均勻設(shè)置5個(gè)卡位，用于選擇合適的間距插入不銹鋼陰極板(7)和負(fù)載Pt摻雜 CoO-SnO鍍SrO膜鈦基陽極板(8)。使用時(shí)，先安放磁珠(5)，后將透水格柵(4)放置 到格柵支架(3)上，然后將不銹鋼陰極板(7)和負(fù)載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO膜鈦基陽極 板(8)的四角卡到極板卡槽(2)上后，一同放入電解槽中，用電線(9)將不銹鋼陰極板(7) 和負(fù)載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO膜鈦基陽極板(8)與穩(wěn)壓穩(wěn)流電源(10)相連。其中，負(fù) 載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO膜鈦基陽極板由如下方法制備：
(1)將鈦片放置在40kHz超聲波清洗儀中用洗滌劑溶液清洗30min，然后取出用去離子 水沖洗，再放置在40kHz超聲波清洗儀中用去離子水清洗15min;
(2)將步驟(1)得到的鈦片放置在10%的草酸溶液中刻蝕2h，然后取出用去離子水沖 洗，再放置在40kHz超聲波儀器中用去離子水清洗15min，晾干后保存在無水乙醇中備用;
(3)利用輝光放電對(duì)步驟(2)得到的鈦片表面進(jìn)行預(yù)處理10min，然后在MS56A型高 真空多靶磁控濺射機(jī)上完成磁控濺射鍍鉑得到物質(zhì)A，其中陰極靶材為鉑片，鈦片作為陽極 基片，操作模式為射頻濺射，真空度為8.0×10-2Pa，功率為100W，氬氣壓力為1pa;
(4)將正丁醇、異丙醇、異丁醇、無水乙醇按等體積比例混合，得到溶液A;將 Co(NO3)2.6H2O溶于水中制成濃度為0.5mol/L的溶液，加入5滴硝酸以防水解，得到溶液B; 將SnCl2.H2O溶于無水乙醇制成濃度為0.5mol/L的溶液C;將Sr(NO3)2溶于水中制成濃度為 0.5mol/L的溶液D;
(5)向溶液B中加入等體積的溶液A搖勻后分成等量4份，得到溶液B1、B2、B3、 B4;
(6)向溶液C中加入等體積的溶液A搖勻后分成等量4份，得到溶液C1、C2、C3、 C4;
(7)向溶液D中加入等體積的溶液A搖勻后分成等量2份，得到溶液D1、D2;
(8)將步驟(3)得到的物質(zhì)A浸入步驟(5)得到的溶液B1中，并在磁力攪拌器作用下均 勻浸漬，3h后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)B1;
(9)將物質(zhì)B1浸入步驟(5)得到的溶液B2中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后 取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在960℃條件下焙燒 4h，得到物質(zhì)B2;
(10)將物質(zhì)B2浸入步驟(6)得到的溶液C1中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)C1;
(11)將物質(zhì)C1浸入步驟(6)得到的溶液C2中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在500℃條件下焙 燒4h，得到物質(zhì)C2;
(12)將物質(zhì)C2浸入步驟(5)得到的溶液B3中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)B3;
(13)將物質(zhì)B3浸入步驟(5)得到的溶液B4中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在960℃條件下焙 燒4h，得到物質(zhì)B4;
(14)將物質(zhì)B4浸入步驟(6)得到的溶液C3中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)C3;
(15)將物質(zhì)C3浸入步驟(6)得到的溶液C4中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在500℃條件下焙 燒4h，得到物質(zhì)C4;
(16)將物質(zhì)C4浸入步驟(7)得到的溶液D1中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在780℃條件下焙 燒4h，得到物質(zhì)D1;
(17)將物質(zhì)D1浸入步驟(7)得到的溶液D2中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h 后取出晾干，然后在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在780℃條件下焙 燒4h，得到的物質(zhì)即為負(fù)載Pt摻雜COO-SnO鍍SrO膜的鈦基陽極板。
本發(fā)明的有益效果是，對(duì)含氮硫氧雜環(huán)化合物廢水處理效率高、成本低、操作簡單。
附圖說明
附圖1是用于處理含氮硫氧雜環(huán)化合物廢水的二維電極反應(yīng)器的透視圖。附圖1中1為 電解槽，2為極板卡槽，3為格柵支架，4為透水格柵，5為磁珠，6為出水口，7為不銹鋼陰 極板，8為負(fù)載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO膜鈦基陽極板，9為電線，10為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例
(1)一種用于處理含氮硫氧雜環(huán)化合物廢水的二維電極反應(yīng)器的制備過程如下：
電解槽的長為60mm，寬為50mm，高為120mm。在側(cè)壁中心線上距底部35mm處開設(shè)孔 徑為2mm的出水口。在電解槽的四角距底部10mm處設(shè)置格柵支架，格柵支架由上下分別為 5mm與10mm的立方體粘合而成。透水格柵為長為56mm、寬為46mm、厚為3mm的薄板，在 透水格柵的四角去除邊長為2mm的正方形，在透水格柵薄板上均勻開設(shè)孔徑為2mm的透水孔， 透水格柵為活動(dòng)式，可以取出，在使用時(shí)安放在格柵支架上即可。極板卡槽由4個(gè)10mm×10mm ×60mm的長方體組成，每兩個(gè)卡槽為一對(duì)，卡槽上均勻分布5mm×5mm×2mm的卡位，用 于插入長度為60mm、寬度為40mm、厚度為2mm的不銹鋼陰極板和負(fù)載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO 膜鈦基陽極板。極板卡槽活動(dòng)式可取出，使用時(shí)將不銹鋼陰極板和負(fù)載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO 膜鈦基陽極板四角卡入卡位中，一起插入電解槽中，放到格柵支架上。用電線將不銹鋼陰極 板和負(fù)載Pt摻雜NiO-SnO鍍PbO膜鈦基陽極板與穩(wěn)壓穩(wěn)流電源相連。
(2)負(fù)載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO膜鈦基陽極板由如下過程制備：
將長度為60mm、寬度為40mm、厚度為2mm鈦片用240號(hào)氧化鋁耐水砂紙打磨至表面 出現(xiàn)金屬光澤，然后將其放入培養(yǎng)皿中，倒入50mL丙酮，在40kHz超聲波清洗儀中用洗滌 劑溶液清洗除油30min，然后取出先用500mL自來水沖洗，再用100mL去離子水沖洗，再放 置在40kHz超聲波清洗儀中用去離子水清洗15min;然后將清洗后的鈦片放置在100mL質(zhì)量 濃度為10%的草酸溶液中刻蝕2h，取出先用500mL自來水沖洗，再用100mL去離子水沖洗， 再放置在40kHz超聲波儀器中用去離子水清洗15min，晾干后保存在無水乙醇中備用;
取出保存在無水乙醇中的鈦片，利用輝光放電對(duì)其表面進(jìn)行預(yù)處理10min，然后在MS56A 型高真空多靶磁控濺射機(jī)上完成磁控濺射鍍鉑得到物質(zhì)A，其中陰極靶材為鉑片，鈦片作為 陽極基片，操作模式為射頻濺射，真空度為8.0×10-2Pa，功率為100W，氬氣壓力為1pa;
將150mL正丁醇、150mL異丙醇、150mL異丁醇和150mL無水乙醇混合均勻，得到600mL 溶液A;將29.1克Co(NO3)2.6H2O溶于200mL水中制成濃度為0.5mol/L的溶液，加入5滴 硝酸以防水解，得到200mL溶液B;將20.8克SnCl2.H2O溶于200mL無水乙醇制成濃度為 0.5mol/L的溶液C;將21.2克Sr(NO3)2溶于200mL水中制成濃度為0.5mol/L的溶液D;
向200mL溶液B中加入200mL溶液A搖勻后分成等量4份，得到溶液B1、B2、B3、 B4各100mL;
向200mL溶液C中加入200mL溶液A搖勻后分成等量4份，得到溶液C1、C2、C3、 C4各100mL;
向200mL溶液D中加入200mL溶液A搖勻后分成等量2份，得到溶液D1、D2各200mL;
將物質(zhì)A浸入到溶液B1中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后取出晾干，然后在 100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)B1;
將物質(zhì)B1浸入到溶液B2中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后取出晾干，然后在 100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在960℃條件下焙燒4h，得到物質(zhì)B2;
將物質(zhì)B2浸入到溶液C1中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后取出晾干，然后在 100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)C1;
將物質(zhì)C1浸入到溶液C2中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后取出晾干，然后在 100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在500℃條件下焙燒4h，得到物質(zhì)C2;
將物質(zhì)C2浸入到溶液B3中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后取出晾干，然后在 100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)B3;
將物質(zhì)B3浸入到溶液B4中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后取出晾干，然后在 100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在960℃條件下焙燒4h，得到物質(zhì)B4;
將物質(zhì)B4浸入到溶液C3中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后取出晾干，然后在 100℃條件下干燥10h，得到物質(zhì)C3;
將物質(zhì)C3浸入到溶液C4中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后取出晾干，然后在 100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在500℃條件下焙燒4h，得到物質(zhì)C4;
將物質(zhì)C4浸入到溶液D1中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后取出晾干，然后在 100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在780℃條件下焙燒4h，得到物質(zhì)D1;
將物質(zhì)D1浸入到溶液D2中，并在磁力攪拌器作用下均勻浸漬，3h后取出晾干，然后 在100℃條件下干燥10h，將干燥后的物質(zhì)置于馬弗爐中在780℃條件下焙燒4h，得到的物質(zhì) 即為負(fù)載Pt摻雜CoO-SnO鍍SrO膜鈦基陽極板。
(3)降解實(shí)驗(yàn)
運(yùn)用本發(fā)明得到的二維電極反應(yīng)器對(duì)含氮硫氧雜環(huán)化合物的廢水進(jìn)行了降解試驗(yàn)，結(jié)果 表明該反應(yīng)器能夠高效去除廢水中含有氮硫氧雜環(huán)的化合物，當(dāng)進(jìn)水COD為223mg/L時(shí)， 在pH為4.5，電壓為12V，處理時(shí)間為120min條件下，處理后出水中的COD降低到33mg/L， 處理效率達(dá)到85.20%。
