一种高效利用空气的电芬顿反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于处理废水中的有机污染物的电化学反应器，特别涉及一种高效利用空气的电芬顿反应器，属于废水处理技术领域。
【背景技术】
[0002]在环境领域，H2O2和Fe 2+被称为芬顿试剂(Fenton reagent)，而通过电化学技术生成H2O2和Fe2+—起应用于废水处理的技术被称为电芬顿技术。电芬顿过程中，H2O2是通过阴极氧还原而得到的，然而，氧气的供应方式和氧气的利用率通常却被忽视。传统的氧气供应方式是持续地向电解液中通入大量空气/氧气，以维持阴极表面足够高的溶解氧浓度。此法虽能及时补充电解液中的氧消耗，但是溶液中饱和氧的含量有限，绝大部分空气/氧气以气泡的形式逃逸而并未被利用，氧气的利用率极低(由实验操作参数和最终的H2O2产量，并根据理想气体状态方程，可粗略推算出通入的空气的氧气利用率小于0.04% )，从而造成了高能耗。因此，在传统的电化学反应器中，存在以下问题:低通空气量不能维持足够的氧气供给，而高通空气量供给的空气绝大部分以气泡的形式逃逸而未被利用，造成空气利用率极低从而增加了能耗。
【实用新型内容】
[0003]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高效利用空气的电芬顿反应器，其采用阴极局部供氧的方式，以较小的通气量维持阴极局部区域的高浓度溶解氧，避免了大量空气逃逸浪费，实现空气的高效利用。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]—种高效利用空气的电芬顿反应器，包括电解槽、搅拌子、碳毡阴极、阳极，电解槽中盛装有电解液，所述碳毡带有气室，气室通过进气管与气源相连接，碳毡上还连接有导线。
[0006]作为对上述技术方案的改进，碳毡置于电解液液面之上，并与电解液液面紧贴。
[0007]作为对上述技术方案的改进，碳租为直径30_30000mm、厚度3_10mm的圆片。
[0008]进一步，气室为直径30-30000mm、高10_50mm的圆柱。
[0009]优选地，进气管为直径5-50mm的空心管。
[0010]可选地，所述阳极为石墨或Pt。
[0011]进一步，所述阳极为长20-2000mm、宽20_20000mm的Pt薄片。
[0012]可选地，所述搅拌子为磁力搅拌子或机械搅拌子。
[0013]进一步，所述搅拌子为直径4-4000_的短棒状磁力搅拌子。
[0014]优选地，所述电解槽为长55-55000mm、宽60_60000mm、高80_80000mm的耐酸碱绝缘池体。
[0015]本实用新型的有益效果是:
[0016]传统的反应器需要向溶液中通入大量空气，其目的是为了维持溶解氧始终处于饱和状态，以便氧气最大限度地吸附在阴极表面进行氧还原反应。因此，只要保证阴极局部环境的溶解氧饱和，其H2O2产量应与传统的通气方式的产量接近。
[0017]本实用新型的装置通入空气后在气室中形成一定大小的气压，使得空气始终与气室内侧的碳毡接触，空气通过碳毡中的孔道结构为碳毡不断地进行氧供给。因此，仅需阴极气室内的气压能够阻止电解液渗入气室内即能够维持阴极表面持续的氧供给，而阴极插入电解液的深度越小，气室所需的气压也越小，即通气量越小，因此最优选的是将碳毡紧贴电解液液面，此时所需的通气量最小。
[0018]由于仅对阴极局部进行供氧，避免了向电解液中大量通气产生的空气浪费，能够维持高浓度溶解氧的供给，有利于降低能耗，空气利用率相对于传统反应器有极大的提升。
【附图说明】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，其中:
[0020]图1所示为根据本实用新型的一种高效利用空气的电芬顿反应器的一个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]参照图1，为根据本实用新型的一种高效利用空气的电芬顿反应器的一个实施例，其包括电解槽8、磁力搅拌子7、碳毡1、Pt阳极5，电解槽8中盛装有电解液6，所述碳毡I带有气室2，气室2通过进气管3与气源(图中未显示)相连接，碳毡I上还连接有导线4。
[0022]碳毡I的大小可以根据实际需要进行选择和剪裁，在本实施例中，所使用的碳毡I为直径30mm、厚度为3mm的圆片。
[0023]气室2的体积可根据电解液液面高度进行定制，在本实施例中，气室2为直径3Ctam、高10mm的圆柱。
[0024]在本实施例中，进气管3为直径3_的空心有机玻璃管。
[0025]阳极材料可以选择石墨材料或Pt，在本实施例中，阳极为长20mm、宽20mm的Pt薄片。
[0026]为了加快传质，可以采用机械搅拌或磁力搅拌，在本实施例中，采用的是磁力搅拌子7，其为直径4_的短棒。
[0027]电解槽8的体积可根据实际需要进行定制，在本实施例中，电解槽为长55mm、宽60mm、高80mm的有机玻璃池体。
[0028]利用本实用新型进行氧还原产H2O2及对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)进行降解，并将其效果与传统反应器进行对比，具体操作如下:
[0029]将带有气室2的碳毡阴极I放入电解液6前先通空气，将碳毡I水平放置，并置于电解液6液面之上，且紧贴液面。将阴极、阳极固定好，阴阳两极间距为10mm，在搅拌作用下接通电源，进行氧阴极还原产H2O2或有机污染物的降解。
[0030]首先进行氧阴极还原产H2O2,实验条件及结果如下所述:在电流大小为12mA、搅拌速度为200rpm、电解时间为120min的条件下，通气量为2.5mL/min时，H2O2产量为0.95mmol，而在传统反应器中，相同条件下得到相同的H2O2产量需要的通气量为50mL/min，空气利用率提高了 20倍，而且此时的槽压为2.55V，略低于传统反应器的2.59V，能耗较低。
[0031]然后对DMP进行降解，实验条件及结果如下所述:在电流大小为12mA、搅拌速度为200rpm、电解时间为90min的条件下，通气量为2.5mL/min时，初始浓度为30ppm的DMP的降解率达到90%，而传统反应器在通气量为50mL/min时，DMP的降解率为70%。因此，很明显本实用新型的装置更有利于有机污染物的降解。
[0032]由于本实用新型在碳毡的一侧设有气室，该气室能够在极低的通气条件下为碳毡持续供应足够的氧气，避免了向电解液中大量通气产生的空气浪费，空气利用率显著提高，同时降低了功耗。同时，由于电解液中的溶解氧浓度较低，在有机污染物降解过程中，Fe2+的有效利用率更高，更有利于强氧化性的羟基自由基(.0Η)的产生，因此，有机污染物的降解率更高。
[0033]以上所述，只是本实用新型的较佳实施方式而已，但本实用新型并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本实用新型的技术效果，都应落入本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高效利用空气的电芬顿反应器，包括电解槽、搅拌子、碳毡阴极、阳极，电解槽中盛装有电解液，其特征在于:所述碳毡带有气室，气室通过进气管与气源相连接，碳毡上还连接有导线。2.根据权利要求1所述的高效利用空气的电芬顿反应器，其特征在于:碳毡置于电解液液面之上，并与电解液液面紧贴。3.根据权利要求1或2所述的高效利用空气的电芬顿反应器，其特征在于:碳毡为直径30-30000mm、厚度3_10_的圆片。4.根据权利要求1所述的高效利用空气的电芬顿反应器，其特征在于:气室为直径30-30000mm、高 1 Q-.SOmm 的圆柱。5.根据权利要求1所述的高效利用空气的电芬顿反应器，其特征在于:进气管为直径5-50mm的空心管。6.根据权利要求1所述的高效利用空气的电芬顿反应器，其特征在于:所述阳极为石墨或Pt。7.根据权利要求6所述的高效利用空气的电芬顿反应器，其特征在于:所述阳极为长20-20000mm、宽 2Q-20000mni 的 Pt 薄片。8.根据权利要求1所述的高效利用空气的电芬顿反应器，其特征在于:所述搅拌子为磁力搅拌子或机械搅拌子。9.根据权利要求8所述的高效利用空气的电芬顿反应器，其特征在于:所述搅拌子为直径4-4000mm的短棒状磁力搅拌子。10.根据权利要求1所述的高效利用空气的电芬顿反应器，其特征在于:所述电解槽为长55-55000mm、宽60-60000mm、高80-80000mm的耐酸碱绝缘池体。
【专利摘要】本实用新型涉及一种高效利用空气的电芬顿反应器，包括电解槽、搅拌子、碳毡阴极、阳极，电解槽中盛装有电解液，所述碳毡带有气室，气室通过进气管与气源相连接，碳毡上还连接有导线。其采用阴极局部供氧的方式，以较小的通气量维持阴极局部区域的高浓度溶解氧，避免了大量空气逃逸浪费，实现空气的高效利用。
【IPC分类】C02F1/461, C02F1/74
【公开号】CN204778971
【申请号】CN201520576796
【发明人】许轩, 王川, 刘鸿, 梁钊健, 陈振明
【申请人】广东健舟环保股份有限公司, 中国科学院重庆绿色智能技术研究院
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月31日