专利名称：双极氧化电化学废水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学废水处理方法，尤其涉及一种利用膜气体扩散电极的双极氧化电化学废水处理方法，属于环保节能技术领域。
目前国内外的研究主要集中在阳极方面，研制了多种形稳电极DSA阳极Ti/SnO2，Ti/RuO2等，并已被应用于废水处理中。而在阴极间接氧化方面，可以利用氧气在阴极还原生成双氧水的作用实现。张雪英等(电化学，2000，Vol.6，No.3324～328)采用石墨阴极，以氧气在阴极还原生成的双氧水对烯酸进行间接环氧化；平板石墨电极的比表面积小，氧气在水体中的溶解度很低，因此氧气还原反应的极化作用很大，阴极生成双氧水的效率很低，难以在废水处理领域中实际应用。Casado Gimenez等(美国专利6224744)利用氧气扩散电极净化污染的废水，通过氧气在阴极还原生成的双氧水氧化去除污水中的污染物；其阴极的制备中采用了一层金属网，金属网的材料包括能有镍、银和不锈钢等材料。该专利的阴极构造复杂，并且其阴极和阳极没有通过一定的方式分割开，致使氧气在阴极还原生成的双氧水在反应器中扩散到阳极又被氧化成氧气，存在大量的简单内耗。
为实现这样的目的，本发明的技术方案中，采用一种新型的膜气体扩散电极作为有机废水处理的阴极，并选用与之电化学匹配的DSA、石墨等阳极，通过离子交换膜或盐桥等方式将阴极间接氧化区和阳极氧化区分割开，实现“两极氧化”同时进行的电化学过程。
本发明阴极采用的膜气体扩散电极结构紧凑、比表面积大、而成本低，主要由导电和支持骨架层和扩散催化层组成，阴极通气采用便宜的空气或净化空气。利用电催化产生双氧水，并使其分解生成羟基自由基来氧化分解有机污染物。
本发明采用膜电极作为电解处理的工作阴极。电解槽水平放置，膜电极与阳极分处电解槽的两侧，并与气室连接，空气或净化空气通过气室进入反应装置的扩散膜电极中，在阴极上发生还原反应，生成双氧水，进入阴极氧化区。为了防止双氧水向阳极的扩散，同时也避免阳极氧化的中间产物对阴极的干扰，可在电极液中增加离子交换膜，将阳极区和阴极区分离开，也可以采用盐桥方式将阴极区和阳极区联接起来。
本发明采用的膜电极主要是由导电骨架、扩散催化层组成。采用C、Fe、Ag、W、Mn、Ni、Cu等元素的材料或其合金作为导电和支持骨架，采用Pt、C、Fe、Au、Ag、Ru、W、Mn、Ni、Cu、V、Ti等元素的材料或其合金作为扩散催化层材料。
将有机污染物废水加入电解槽中，电压控制在30V以下，每平方米膜电极的通气量低于500m3/hr，控制电流密度低于0.5A/cm2，进行电解。
本发明膜电极的方式可以采用多组电极按串行或并行方式布局，以增加装置的处理能力。
本发明采用膜气体扩散电极作为阴极，采用离子交换膜或盐桥的形式将阴极区和阳极区分离开，形成两极氧化同时进行，有效提高了废水处理效率，降低了处理能耗。
同样对于采用还原反应为主的电解处理过程，也可以采用使用新型的三维膜气体扩散电极作为阳极，消除阳极的氧化能力，提高系统的处理效率。
本发明可以将废水多种难生化降解有机污染物进行氧化分解，可以应用于含污染物的工业生产废水的电解处理过程。
图中，1为电解槽，2为阳极，3为离子交换膜，4为气室，5为膜阴极。
如图所示，本发明采用膜电极5作为电解处理的工作阴极。电解装置槽体1水平放置，膜电极5，与阳极2分处电解装置1的两侧，并与气室4联接，空气或净化空气通过气室4进入反应装置的扩散膜电极5中，在阴极上发生还原反应，生成双氧水，进入阴极氧化区。为了防止双氧水向阳极的扩散，同时也避免阳极氧化的中间产物对阴极的干扰，在电极液中增加离子交换膜3，将阳极区和阴极区分离开。
电解条件阳极区脱色率阴极区脱色率(％) (％)pH＝3 72.6 89.7pH＝7 64.7 77.4pH＝10 45.2 3.5实施例2双极氧化的电流效率本实施例采用石墨纤维作为导电和支持骨架，采用碳黑作为扩散层，制备膜电极作为阴极。Ti/PbO2电极为阳极，阳离子交换膜为隔离膜。电解酸性红B配成一定浓度的模拟废水，控制电流密度1.0～3.0mA/cm2，每平方米膜电极的通气量为20m3/hr，分别在不同反应时间内取样分析，测处理前后阴极区和阳极区的COD值。
COD去除率电流效率(％)电压(V) 电流mA(％)阳极区 10.0 5856.266.4阴极区 10.0 5866.878.9
权利要求
1.一种双极氧化电化学废水处理方法，其特征在于采用三维膜气体扩散电极(5)作为电解处理的工作阴极，将膜电极(5)与阳极(2)分处电解槽(1)的两侧，并与气室(4)连接，采用离子交换膜(3)将阴极区和阳极区分割开，电解电压控制在30V以下，每平方米膜电极的通气量低于500m3/hr，控制电流密度低于0.5A/cm2。
2.如权利要求1所说的双极氧化电化学废水处理方法，其特征在于采用盐桥方式将阴极区和阳极分割开。
3.如权利要求1所说的双极氧化电化学废水处理方法，其特征在于采用与膜电极电化学匹配的行稳阳极或石墨阳极。
4.如权利要求1所说的双极氧化电化学废水处理方法，其特征在于膜电极采用多组电极按串行或并行方式布局。
全文摘要
一种双极氧化电化学废水处理方法，采用三维膜气体扩散电极作为电解处理的工作阴极，采用离子交换膜或盐桥方式将阴极区和阳极区分割开，控制电解电压、电流密度及通气量，利用阴极的还原能力，及利用电催化产生双氧水，并使其分解生成羟基自由基来氧化分解有机污染物，达到充分去除污染，并降低能耗，提高去污效率的目的。本发明可以应用于含污染物的工业生产废水的电解处理过程。
文档编号C02F1/46GK1396121SQ0213660
公开日2003年2月12日 申请日期2002年8月22日 优先权日2002年8月22日
发明者申哲民, 王文华, 贾金平 申请人:上海交通大学