基于石墨烯材料的光电协同处理有机废水的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于石墨烯纳米材料的光电协同处理有机废水的方法及装置，尤其涉及一种有机废水处理的光催化和电吸附去离子组合型装置。属于水污染处理技术领域。
【背景技术】
[0002]有机废水中不仅含有色度高、毒性大的有机污染物，而且还含有多种重金属离子，对环境造成严重危害。光催化转化、降解、矿化有机废水中污染物研宄备受人们的关注，这些反应能在常温常压下发生，仅需要光、氧气和水，就能使许多有毒的有机污染物发生转化、降解或矿化，生成易被生物降解的小分子、CO2和无机离子。与现有的吸附、焚烧、生物氧化等环保技术相比，这种光催化技术应该具有成本低、矿化率高、二次污染少等优势，有望成为下一代环保新技术。
[0003]通过降解、矿化后有机废水往往含有高浓度的可溶性无机盐分，废水中无机盐含量的高低不仅直接影响水的活度，从而导致水的渗透压发生改变。当水的活度适当时微生物生长良好，活度过高会导致微生物细胞渗水过多破碎，过低则造成细胞内水份外渗造成失水而失去活性。另一方面由于有机废水中可溶性无机盐分中含有众多重金属离子，重金属难以生物降解，而且可以通过生物链循环进入植物体、动物体，最终会危害人类的健康，微量的重金属即可产生毒性效应体生态。如果放任排放，将会对环境产生不可恢复的创伤，危害人类的健康。
[0004]电容型去离子法是一种基于双电层电容原理的低成本、高效率、绿色环保的新型水处理技术，在外接电压(1-2V)的前提下，可溶性的离子向荷电相反的电极移动并吸附在电极上，从而达到去除离子的目的；当电极上吸附了足够多的离子时，将电极短路或反接，则吸附在电极上的盐离子自行脱落，回收利用，电极得以再生。该方法能耗低、去离子效率高，对环境友好，其发展空间和应用前景广阔。
[0005]石墨烯作为一种新兴的二维蜂窝状结构的碳材料，是构成石墨的基本单元。其具有良好的导电性、较宽的电化学窗口，高化学稳定性及较大的比表面积，不仅是优异的光催化材料，而且也是优异的电容型去离子材料。石墨烯复合光催化剂可以有效降解有机废水中的有机物矿化为无机物小分子及无机离子，提高降解效率，石墨烯基电容型去离子吸附材料可以去除其中无机重金属离子，两者结合可以用于含有重金属的复合有机废水净化部分或全部回用，防止环境污染。
【发明内容】
[0006]本发明目的是提供一种将光催化技术与电容型去离子技术相结合，发挥光催化和电化学各自的优势，实现两种工作工艺的协同作用，有效处理含有重金属的复合有机废水的装置。本装置利用石墨烯作为光催化和电容型吸附材料，不仅可以除去废水中的有机物，而且可以去除其中无机离子，保证高质量的出水，使之能够部分或全部回用到生产工艺中，达到减少污染、节约用水、降低生产成本的目的，解决工业环境污染，促进企业又好又快地持续发展的紧迫问题。
[0007]本发明的目的是通过以下技术手段和措施来达到的:
本发明一种基于石墨烯材料的光电协同处理有机废水的方法，其特征在于，通过光催化模块可以将有机污染物降解为易被生物降解的小分子、CO2和无机离子，电吸附去离子模块可以有效去除有机污染物光催化过程生成的无机离子，及有机废水本身所含的金属离子。所述光催化剂是石墨烯负载金属氧化物半导体纳米粒子复合电极材料，其中所述的紫外光波长为365 nm，所述的石墨稀优选三维石墨稀，金属氧化物半导体为Ti02，ZnO ;金属氧化物半导体为Ti02，ZnO0在紫外光照射作用下，金属氧化物半导体纳米粒子价带电子受激而跃迀到导带，光生电子与空穴发生分离，电子流入石墨烯片层结构中，石墨烯良好的导电性抑制了空穴与电子的复合几率，大大提高金属氧化物半导体光催化活性；另一方面，石墨烯表面积较大，表面有丰富的π-π共轭键，可以将有机分子(尤其是含有苯环结构的有机物)吸附到表面上，提供较多的光催化反应位。有机废水经光催化单元在紫外灯照射下有机污染物降解为无机小分子及无机离子。
[0008]所述的电吸附去离子材料为石墨烯基复合材料，可以是石墨烯/纳米碳管复合材料、石墨烯/中空碳球、石墨烯/多孔碳、石墨烯/介孔碳，其中石墨烯优选为三维石墨烯。石墨烯具有良好的导电性、较宽的电化学窗口，高化学稳定性、丰富的孔结构及较大的比表面积，是电容型去离子的良好电极材料。经过光催化降解后的有机废水主要含无机小分子和无机离子，通过电吸附去离子单元时，在外加电场作用下，无机离子被吸附在电极两边，无机盐被分离析出，可以降低废水中的无机离子，降低重金属离子的危害。经电吸附去离子出来的水基本达到回用的要求。
[0009]本发明一种基于石墨烯材料的光电协同处理有机废水的装置主要包括光催化反应器和电
吸附去离子模块。所述的光催化反应器由紫外灯管系统(1)、光催化剂(2)、装有有机废水的石英夹套容器(3)组成。
[0010]所述的电吸附去离子模块由电吸附反应池(4)、电吸附负电极(5)、电吸附正电极
(6)、电源(7)、蠕动泵(8)组成。
[0011 ] 本发明一种基于石墨烯材料的光电协同处理有机废水的装置，有机废水的处理方式可以是多个光催化模块及电吸附模块的串联。
[0012]本发明不仅可以通过光催化模块可以将有机污染物降解为易被生物降解的小分子、CO2和无机离子，电吸附去离子模块可以有效去除有机污染物光催化过程生成的无机离子，及有机废水本身所含的金属离，保证高质量的出水，使之能够部分或全部回用到生产工艺中。
【附图说明】
[0013]图1为本发明中光催化与电容型去离子装置示意图。
【具体实施方式】
[0014]现将本发明的具体实施例叙述于后。
[0015]本发明方法主要是通过光电协同处理装置来实现有机废水处理的。
[0016]实施例1
本发明装置结构如图1所示，包括光催化反应器和电吸附去离子模块。光催化反应器由