公布日：2022.07.29
申請日：2022.03.23
分類號：C02F9/06(2006.01)I;C02F1/461(2006.01)N;C02F1/72(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種電芬頓式的污水處理工藝。污水經(jīng)過廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，廢水系統(tǒng)依次由加酸池、電解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池構(gòu)建而成，電解池中的陽極為鈦板上鍍有銥釕，形成銥釕鍍層，電解池中的陰極使用的改性材料由以下步驟制備而成：將碳纖維、三聚氰胺和硼酸浸潤在混合液中，超聲處理后將剩余的混合液涂抹在陰極電極兩側(cè)，烘干、煅燒、冷卻后獲得改性材料。氮摻雜、氮硼摻雜材料性能單獨的較為一般，但是通過氮硼摻雜在碳纖維中，促進(jìn)電子傳遞過程，改變電催化性能，從而提高了電芬頓體系中H2O2的產(chǎn)生，進(jìn)而使得電芬頓處理廢水的能力大大提高。
權(quán)利要求書
1.一種電芬頓式的污水處理工藝，其特征在于：污水經(jīng)過廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，所述廢水處理系統(tǒng)依次由加酸池、電解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池構(gòu)建而成，所述電解池中的陽極為鈦板上鍍有銥釕，形成銥釕鍍層，所述電解池中的陰極使用的改性材料由以下步驟制備而成：將碳纖維、三聚氰胺和硼酸浸潤在混合液中，超聲處理后將剩余的混合液涂抹在陰極電極兩側(cè)，烘干、煅燒、冷卻后獲得改性材料；所述混合液由二氧化鋯、聚四氟乙烯、超純水和異丙醇配成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電芬頓式的污水處理工藝，其特征在于：所述碳纖維、三聚氰胺和硼酸的質(zhì)量比為1：（0.06-0.1）：（0.02-0.06）。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電芬頓式的污水處理工藝，其特征在于：每1g碳纖維使用0.3-1.5mL聚四氟乙烯、5-30mL超純水、0.3-1.5mL異丙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種電芬頓式的污水處理工藝，其特征在于：在所述陰極材料改性之前，將碳纖維浸入清洗溶液中超聲清洗，之后用超純水多次超聲清洗，在60-70℃的條件下烘干20h以上，冷卻后密封保存?zhèn)溆�，所述清洗溶液由丙酮、琥珀酸酯磺酸鈉和伯烷基硫酸酯鈉以1：（0.1-3）：（0.05-0.1）的質(zhì)量比復(fù)配而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種電芬頓式的污水處理工藝，其特征在于：所述煅燒過程中的溫度為300-330℃，煅燒40-50min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種電芬頓式的污水處理工藝，其特征在于：所述氧化池中使用雙氧水氧化，投加H2O2在廢水中的濃度mg/L與COD（mg/l）=1：1-2：1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種電芬頓式的污水處理工藝，其特征在于：所述電解池中及時補充硫酸亞鐵，使亞鐵離子和雙氧水的摩爾比為1：（0.2-0.5）。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種電芬頓式的污水處理工藝，其特征在于：所述電解池底部設(shè)計納米溶氣泵進(jìn)行曝氣，曝氣量為2-4m3/h。
發(fā)明內(nèi)容
為了提高陰極H2O2的積累量，提高電芬頓體系的污水處理能力，本申請?zhí)峁┮环N電芬頓式的污水處理工藝。
一種電芬頓式的污水處理工藝，污水經(jīng)過廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，所述廢水系統(tǒng)依次由加酸池、電解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池構(gòu)建而成，所述電解池中的陽極為鈦板上鍍有銥釕，形成銥釕鍍層，所述電解池中的陰極使用的改性材料由以下步驟制備而成：將碳纖維、三聚氰胺和硼酸浸潤在混合液中，超聲處理后將剩余的混合液涂抹在陰極電極兩側(cè)，烘干、煅燒、冷卻后獲得改性材料。
優(yōu)選的，所述碳纖維、三聚氰胺和硼酸的質(zhì)量比為1：（0.06-0.1）：（0.02-0.06）。
氮摻雜、氮硼摻雜材料性能單獨的較為一般，但是通過氮硼摻雜在碳纖維中，促進(jìn)電子傳遞過程，改變電催化性能，從而提高了電芬頓體系中H2O2的產(chǎn)生和積累，進(jìn)而使得電芬頓處理廢水的能力大大提高。另外，通過氮、硼對電極材料進(jìn)行摻雜實現(xiàn)對電極進(jìn)行鍍層保護(hù)提高穩(wěn)定性，使電芬頓穩(wěn)定運行。
優(yōu)選的，所述混合液由二氧化鋯、聚四氟乙烯、超純水和異丙醇配成。
發(fā)明人原本想將氮、硼摻雜進(jìn)碳纖維中，為陰極反應(yīng)提供足夠的活性位點。但隨著電芬頓處理時間的加長，導(dǎo)致氮、硼遷出，使電芬頓處理能力下降。在更深一步研究發(fā)現(xiàn)，用上述混合液作粘結(jié)劑，將碳纖維、三聚氰胺及硼酸粘附在一起，同時利于氧氣在陰極表面附近的傳質(zhì)過程，其最終的廢水處理效率大大提高，可能是由于氮碳的摻雜出現(xiàn)了新的晶型結(jié)構(gòu)，而且使碳結(jié)構(gòu)變得無序，使其比表面積變大，從而利于氧氣分子在陰極表面的傳質(zhì)過程，促進(jìn)H2O2在陰極的積累，進(jìn)而進(jìn)一步提高了電芬頓的處理能力。
優(yōu)選的，每1g碳纖維使用0.3-1.5mL聚四氟乙烯、5-30mL超純水、0.3-1.5mL異丙醇。
在實踐過程中發(fā)現(xiàn)，聚四氟乙烯含量過高會增大電極的電阻，從而導(dǎo)致電極電流響應(yīng)反而降低。通過上述配比，對電極的改性促進(jìn)了H2O2的電催化生產(chǎn)過程，使得H2O2的電催化生產(chǎn)速率加快。
優(yōu)選的，在所述陰極材料改性之前，將碳纖維浸入清洗溶液中超聲清洗，之后用超純水多次超聲清洗，在60-70℃的條件下烘干20h以上，冷卻后密封保存?zhèn)溆�，所述清洗溶液由丙酮、琥珀酸酯磺酸鈉和伯烷基硫酸酯鈉以1：（0.1-3）：（0.05-0.1）的質(zhì)量比復(fù)配而成。
對碳纖維進(jìn)行清洗，以去除原始的污漬和油脂，清除碳纖維表面多余的電荷，以促進(jìn)電芬頓的處理效率。
優(yōu)選的，所述煅燒過程中的溫度為300-330℃，煅燒40-50min。
煅燒過度使陰極中各材料的粘結(jié)性下降，使陰極材料變得疏松，進(jìn)而使陰極材料容易損耗，并且還原Fe3+的的能力變?nèi)酰绊憦U水的處理效率�；诒旧暾埖年帢O改性使用的材料，通過上述的煅燒溫度和時間，有效控制電極材料的煅燒程度，得到致密的電極材料，從而進(jìn)一步提高廢水的處理效率。
優(yōu)選的，所述氧化池中使用雙氧水氧化，投加H2O2在廢水中的濃度mg/L與COD（mg/l）=1：1-2：1。
優(yōu)選的，所述電解池中及時補充硫酸亞鐵，使亞鐵離子和雙氧水的摩爾比為1：（0.2-0.5）。
通過芬頓試劑法是通過硫酸亞鐵與雙氧水相結(jié)合的一種深度處理工藝。利用硫酸亞鐵和雙氧水的強氧化還原性，生成反應(yīng)強氧化性的羥基自由基，與難降解的有機(jī)物生成自由基，可以將許多高污物有效降解。在本申請的電解池的電極的基礎(chǔ)下，調(diào)節(jié)硫酸亞鐵和雙氧水的添加比例，以使得有機(jī)物被降解的能力得以突破。因此，通過調(diào)節(jié)亞鐵離子和雙氧水的摩爾比為1：（0.2-0.5）實現(xiàn)這一目的。
優(yōu)選的，所述電解池底部設(shè)計納米溶氣泵進(jìn)行曝氣，曝氣量為2-4m3/h。
隨著電芬頓處理的進(jìn)行，F(xiàn)e2+的擴(kuò)散傳質(zhì)變慢，不能有效的構(gòu)成芬頓反應(yīng)，導(dǎo)致去除效果不理想。通過合適的空氣補給，一方面能起到混合的作用，強化了反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)過程；另一方面能補充在反應(yīng)過程中不斷消耗的氧，當(dāng)空氣流量大到一定值后進(jìn)入反應(yīng)控制過程，曝氣對有機(jī)物去除的影響減小。因此，需要合理控制曝氣的量。
綜上所述，本申請通過氮硼摻雜在碳纖維中，促進(jìn)電子傳遞過程，改變電催化性能，提高了電芬頓體系中陰極2電子ORR選擇性，從而提高了電芬頓體系中H2O2的產(chǎn)生和積累，致使后續(xù)EF氧化難降解有機(jī)物效能提升，進(jìn)而使得電芬頓處理廢水的能力大大提高。另外，通過氮、硼對電極材料進(jìn)行摻雜實現(xiàn)對電極進(jìn)行鍍層保護(hù)提高穩(wěn)定性，使電芬頓穩(wěn)定運行。
（發(fā)明人：王詩文;謝兵）
