紫外光协同电Fenton体系降解有机废水的方法及设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境保护和污水处理领域，具体涉及一种紫外光协同电Fenton体系降解待处理的含有污染物的废液的方法及设备。
【背景技术】
[0002]随着印染工业的迅速发展，随之产生大量染料废水，染料分子结构比较稳定，难于生物降解，并且在氧化还原过程中还可能产生具有致癌作用的芳香胺，若不进行有效处理，会给水体环境带来污染。传统的高级氧化技术，如Fenton氧化法和光催化法，虽然可以有效降解染料废水，但其降解效率较低，处理后废水的总有机碳含量普遍偏高。
[0003]因此，本领域迫切需要开发一种同时能够快速、高效降解有机染料废水的紫外光协同电Fenton体系降解待处理的含有污染物的废液的方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种同时能够快速、高效降解有机染料废水的紫外光协同电Fenton体系降解待处理的含有污染物的废液的方法及其应用。
[0005]在本发明的第一方面，提供了一种紫外光协同电Fenton体系降解待处理的含有污染物的废液的方法，在紫外光条件下，在紫外光协同电Fenton体系中，对待处理的含有污染物的废液进行降解；
[0006]并且，所述的紫外光协同电Fenton体系包括:紫外光发生装置、阴极电极、惰性阳极和电解质溶液，其中，所述阴极电极含有(a)聚四氟乙烯，和(b)石墨和/或碳纳米管。
[0007]在另一优选例中，所述(b)石墨和/或碳纳米管与(a)聚四氟乙烯的质量比为100:1-1:1，较佳地为 50:1-3:1，更佳地为 25:1-10:1。
[0008]在另一优选例中，所述阴极电极中，所述(b)石墨和/或碳纳米管与(a)聚四氟乙烯的重量之和占阴极电极重量的90-100 %，较佳地95-100 %，更佳地97-99 %。
[0009]在另一优选例中，所述碳纳米管的纯度彡98% (如98-99.99% )0
[0010]在另一优选例中，所述碳纳米管平均直径为1-50 μ m，较佳地为2-40 μ m，更佳地为 10-30 μπι。
[0011]在另一优选例中，所述碳纳米管比表面积为50-500m2/g，较佳地为100_300m2/g。
[0012]在另一优选例中，所述碳纳米管选自下组:单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、或其组入口 ο
[0013]在另一优选例中，所述石墨为鳞片状高纯石墨。
[0014]在另一优选例中，所述石墨纯度彡99wt% (如99-99.99wt% )。
[0015]在另一优选例中，所述石墨的平均直径为10-100 μπι，较佳地为10-50 μπι，更佳地为 20-30μπι。
[0016]在另一优选例中，所述惰性阳极为惰性贵金属电极，较佳地为铀电极。
[0017]在另一优选例中，所述电解质溶液为硫酸盐溶液，较佳地为硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、硫酸铵溶液、或其组合。
[0018]在另一优选例中，所述电解质溶液为含Fe2+盐或Fe 3+盐的硫酸盐溶液，优选地，所述Fe2+盐为氯化亚铁，硫酸亚铁和/或硝酸亚铁。
[0019]在另一优选例中，所述电解质溶液中Fe2+的添加量为0.1-2.0mmol/L，较佳地为
0.3-1.8mmol/L，更佳地为 0.5-1.5mmol/L。
[0020]在另一优选例中，所述紫外光发生装置照射到所述紫外光协同电Fenton体系的紫外光强度为10-100 μ w/cm2,较佳地为20-80 μ w/cm2,更佳地为30-60 μ w/cm2。
[0021]在另一优选例中，所述紫外光发生装置为外照式紫外光发生装置，采用光源为汞弧灯(220V, 35W)，灯管总长300mm,发光段长200mm,管径20mm。
[0022]在另一优选例中，所述含有污染物的废液选自下组:染料废水、制药废水、生活污水、或其组合。
[0023]在另一优选例中，所述含有污染物的废液为有机染料废水。
[0024]在另一优选例中，所述含有污染物的废液为含有选自下组的有机染料的废水:罗丹明B、孔雀绿、橙I1、或其组合。
[0025]在另一优选例中，所述含有污染物的废液的C0D为10_300mg/L，优选为100_150mg/L。
[0026]在另一优选例中，所述惰性阳极电极和阴极电极之间的电压为2-10V/cm，较佳地3-6V/cm。
[0027]在另一优选例中，所述阳极电极和阴极电极之间的距离为1 -6cm，较佳地为2-4cm。
[0028]在另一优选例中，所述电Fenton体系还包括外加电源。
[0029]在另一优选例中，所述外加电压为1-10V，较佳地为2-7V，更佳地为3-4V。
[0030]在另一优选例中，所述紫外光协同电Fenton体系(含或不含待处理的含有污染物的废液)的pH范围为2-5，较佳地所述有机废水pH范围为3-4。
[0031]在另一优选例中，所述紫外光协同电Fenton体系温度为6-45 °C，较佳地为10-35 °C，更佳地为 20-25 °C。
[0032]在另一优选例中，所述方法包括如下步骤:
[0033](1)制备所述阴极电极，其中所述阴极电极含有(a)聚四氟乙烯，和(b)石墨和/或碳纳米管；
[0034](2)将步骤(1)制得的阴极电极与惰性阳极以及电解质溶液组成Fenton体系，同时施加一定电压和紫外光辐照。
[0035]在另一优选例中，所述方法包括如下步骤(3):向所述紫外光协同电Fenton体系中添加所述待处理的含有污染物的废液，在一定电压下通电一段时间，对所述污染物进行降解。
[0036]在另一优选例中，在所述步骤⑴中，包括如下步骤:将以下阴极电极原料进行混合，获得第一混合物:碳纳米管、聚四氟乙烯、乳化剂和C1-C6醇溶剂；以及对所述第一混合物进行烧结，从而制得所述的阴极电极。
[0037]在另一优选例中，在所述步骤(1)中，包括如下步骤:取一定量的碳纳米管，聚四氟乙烯，0P乳化剂和C1-C3醇溶剂混合形成膏体，将所述膏体碾压成膜状，附着在金属网上，在液压机上进行压制，制得阴极电极，于丙酮溶液中浸泡一段时间除去电极表面残留的乙醇和聚四氟乙烯。
[0038]在另一优选例中，所述步骤(2)为:将步骤⑴得到的碳纳米管电极为阴极，铂片为阳极，含亚铁盐的硫酸钠酸性溶液为电解质，施加直流稳压和紫外光辐照，形成紫外光协同电Fenton体系。
[0039]在另一优选例中，所述的乳化剂为0P乳化剂。
[0040]在另一优选例中，所述的乳化剂的用量为第一混合物总重量的0.01-1.0?〖％，较佳地为 0.03-0.6wt %，更佳地为 0.05-0.3wt %。
[0041]本发明第二方面，提供一种污染物处理装置，所述装置包括:紫外光协同电Fenton 体系。
[0042]在另一优选例中，所述紫外光协同电Fenton体系包括:紫外光发生装置、阴极电极、惰性阳极和电解质溶液，其中，所述阴极电极含有(a)聚四氟乙烯，和(b)石墨和/或碳纳米管；
[0043]在另一优选例中，所述装置还包括曝气装置。
[0044]在另一优选例中，所述装置还包括搅拌装置。
[0045]在另一优选例中，所述装置还包括污染物检测装置。
[0046]本发明第三方面，提供一种用本发明第二方面所述的装置的用途，所述污染物处理装置通过如本发明第一方面所述的方法，降解待处理的含有污染物的废液。
[0047]应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
【附图说明】
[0048]图1显示了紫外光协同电Fenton体系N0.1对7g/L罗丹明B染料废水降解的动力学曲线。
[0049]图2显示了紫外光协同电Fenton体系N0.2对5g/L孔雀绿染料废水降解动力学曲线。
[0050]图3显示了紫外光协同电Fenton体系N0.3对5g/L孔雀绿染料废水降解动力学曲线。
【具体实施方式】
[0051]本发明人通过广泛而深入的研究，首次意外地发现了一种同时能够快速、高效降解待处理的含有污染物的废液的紫外光协同电Fenton体系。该体系将光催化和电化学氧化有机结合起来，提高了降解效率。在此基础上完成了本发明。
[0052]术语说明
[0053]除非另外定义，否则本文中所用的全部技术与科学术语均具有如本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0054]如本文所用，在提到具体列举的数值中使用时，术语“约”意指该值可以从列举的值变动不多于1%。例如，如本文所用，表述“约100”包括99和101和之间的全部值(例如，99.1、99.2,99.3,99.4 等)。
[0055]如本文所用，术语“含有”或“包括(包含)”可以是开放式、半封闭式和封闭式的。换言之，所述术语也包括“基本上由…构成”、或“由…构成”。
[0056]紫外光协同电Fenton体系
[0057]Fenton法在处理难降解有机污染物时具有独特的优势，是一种很有应用前景的废水处理技术。
[0058]电Fenton方法主要依靠电化学方法通过牺牲阳极产生Fe3+或Fe 2+及通过电化学方法使溶解氧转换为氧化剂H202构成Fenton试剂组分，也可外加Fe 3+/Fe2+及Η 202组成Fenton体系，促使Fe3+/Fe2+的循环及Η 202转化为轻基自由基而提高Fenton反应氧化降解有机污染物的效率。
[0059]而光电Fenton技术主要是在电Fenton的体系的基础上引入不同光源(包括紫外光、可见光或太阳光)协同催化有机物的降解，紫外光主要可促Fe