专利名称：微多相电芬顿氧化还原反应器的制作方法
技术领域：
本发明是一种利用电芬顿方法处理高浓度有机废水的工业设备， 属于电化学技术领域。
背景技术：
电芬顿法(Fenton)是将电化学反应过程中产生的Fe2+和H202作 为Fenton试剂的持续来源。电Fenton法具有自动产生H202的机制 较完善，H202利用率高，有机物降解条件较多(除.OH的氧化作用 外，还有阳极氧化、电吸附)等优点。因此，电Fenton法是单一的 Fenton法发展的重要方向之一。
随着工业的飞速发展，在给人类带来进步的同时，也给环境带来 了严重的污染。其中的一些有机物具有难降解、毒性大的特点，对人 类健康和生态环境危害极大。治理高浓度、难降解有机废水是当前亟 待解决的技术难题。
如何有效的去除这些有毒难降解的有机物，电化学方法是有效的 方法之一。大量的研究表明电化学技术可以将毒性大和分子结构稳 定的有机分子转化为可生物降解的物质，甚至被彻底氧化为C02和 H20等筒单的无机分子。
通常人们使用高析氧电位电极，如Pb02、 Sn02等涂层电极。水分 子在这类电极表面催化氧化生成'0H。在较长的时间内，多数研究都 侧重于高催化性能阳极的开发，目的是提高污染物的处理效率，而阴 极电催化降解则未引起足够重视。
传统的Fenton试剂的获取方法是？62++11202生成强氧化性的'0H (羟基自由基)来处理有机废水，其存在的主要问题是①Fe—C法产 生Fe2+用4失量高。②Fe—C法易于板结，不能长期有效工作。③粉口 H202利用率低。④使用成本高。由于上述问题的困扰，Fenton方法 没有得到很好的利用。 发明内容本发明是解决目前存在的问题，使该项技术真正得以工业应用的
新型设备。为克服传统的微电解方法和外加H202来产生Fenton试剂。
本发明主要组成部分分为设备壳体，石墨棒、阴极、感应电极、绝缘层、阳极填充粒子、阴极填充粒子、布气口、布气口、集水孔、出水堰、进水口、进气口、出水口。
本发明设备由多级单元串联或并联组成，视废水7jc质情况和水量情况而确定联结或不联结。单级单元的结构如附图所示，内壳体作为阴极，材质为不锈钢，外壳体为聚氯乙烯材料。
本发明阳极由石墨棒和石墨棒外表面上缠绕的螺旋形的钛板组.成，钛板表面附着有 In02—Ta205/Sn02(Sb)—Pb02的复合金属氧化物，钬板外圏子设有一圆筒形的绝缘层，阳极填充粒子充填于绝缘层与石墨棒之间，粒子材料是粒状的Y—A1203或硅酸铝，表面涂有Mn02—Sn02 (Sb) /Pb02催化材料。
阴极为内壳体，材料为超低碳不锈钢。内表面涂敷Pb。阴极粒子采用石墨粉或活性炭并做活化处理。阴极粒子电极充填于绝缘层与阴极板之间，阴极电极是利用电化学原理合成Fenton试剂(H202+Fe2+ )的区域。
感应电极是铁质材料，感应电^ l处在的位置在阳极和阴极之间，在弱酸性条件下和微电解有相同作用。产生Fe2+与H202合成Fenton试剂。
布水口设置在壳体的下部并与进水口连接，废水由布水器进入阳极先期氧化。
布气口设置在反应器的底部，在反应器壳体上部设有出水堰，出水堰上设有集水孔和出水口 。
本发明用电化学技术在阳极增添了催化粒子，并在石墨电极外缠绕一层钬基表面涂敷复合型催化材料。使其同时具有电解催化和半导体催化作用。
本发明设备在阳极和阴极之间还增添了4緣感应电极。通常在阴极室通过水中溶解氧分子在阴极粒子群表面发生两个电子还原反应生成H202,在弱酸性(PH-3 ~ 4 )条件下与电解产生的Fe2+发生Fenton反应，生成强氧化性的.OH。反应中Fe3+会在阴极还原成Fe2+,继续与H202发生Fenton反应，因此Fe2+在反应中起到催化剂的作用，
电Fenton反应如下
02(g)+2H++2e~~ H202 (1) Fe2++ H202+Hh~~ Fe3++ H20+ 0H (2)
0H+RH ~~R+ H20 (3) Fe3++ e Fe2+ (4)
本发明设备工作采用高频脉冲供电的方式，提高了电效率，节约
能源。与一般电源供电相比，节电明显。因此，本发明是高效的电
Fenton氧化还原反应器。
附图为本发明结构示意图。
具体实施例方式
附图为本发明的结构示意图。结合该图对反应器进行详细描述。 本发明主要组成部分分为设备壳体，石墨棒1、阴极2、感应 电极3、绝缘层4、阳极填充粒子5、阴极填充粒子6、布气口8、 布气口 9、集水孔1 0 、出水堰1 1 、进水口 1 2 、进气口 1 3 、出 水口 1 4 。
本发明设备由多级单元串联(或并联)组成，视废水水质情况和 水量情况而确定联结(或不联结)方式。单级单元的结构如附图所示， 内壳体作为阴极，材质为不锈钢，外壳体为聚氯乙烯材料。
阳极由石墨棒1和石墨棒1外表面上缠绕的螺旋形的钬板7组 成，钬板7表面附着有In02—Ta205/Sn02(Sb)—Pb02的复合金属氧 化物，钛板7外圏子设有一圆筒形的绝缘层4 ，阴极填充粒子6充填 于绝缘层4与石墨棒1之间，粒子材料是粒状的Y—A1203或硅酸铝， 表面涂有Mn02—Sn02 (Sb) /Pb02催化材料。
阴极2为内壳体，材料为超低碳不锈钢。内表面涂敷Pb。阴 极粒子采用石墨粉或活性炭并做活化处理。阴极粒子电极充填于绝缘 层4与阴极板之间，阴极电极是利用电化学原理合成Fenton试剂 (H202+Fe2+ )的区域。
感应电极3是铁质材料，感应电极处在的位置在阳极和阴极之 间，在弱酸性条件下和微电解有相同作用。产生Fe2+与H202合成
5Fenton试剂如(2)式所示。
布水口 8设置在壳体的下部并与进水口 1 2连接，废水由布水器进入阳极先期氧化。
布气口 9设置在反应器的底部，在反应器壳体上部设有出水堰1 1 ,出水堰1 1上设有集水孔1 0和出水口 1 4 。
布气口 9对阴性区域布气充02，以便补充一定量的氧气02 + 2 H+ + 2e^ H202Fe2+ + H202 + >~Fe3+ + H20 + OH在阴极区域生成的 OH与有机物分子发生氧化降解反应RH + . OH~~ R + H20由于阳极电极石墨电极具有析氧作用，加之钬基电极和粒子材料表面修饰的析氧过电位高的过渡金属复合氧化物(M0x)作为催化剂，有利于污水中的有机物UH)在电极表面直接被电化学氧化，而且有利于表面生成'0H自由基。'0H自由基是一种氧化性极强的物质，其氧化电位2.85V,比臭氧(2. 07V)、氯(l. 36V)要高的多，故能与大多数有机物发生氧化反应，最终把有机物降解为C02和H20等简单的无才几物。
权利要求
1、微多相电芬顿氧化还原反应器，由多组单元串联或并联组合而成，每一单元包括有设备壳体，石墨棒、阴极、感应电极、绝缘层、阳极填充粒子、阴极填充粒子、布气口、布气口、集水孔、出水堰、进水口、进气口、出水口。其特征在于电解阳极材料由钛板缠绕石墨棒组合而成，钛板7表面附着有InO2-Ta2O5/SnO2(Sb)-PbO2的复合金属氧化物。
2 、根据权利要求1所述微多相电芬顿氧化还原反应器，其特征在于阴极电极为超低碳不锈钢。
3 、根据权利要求1所述微多相电芬顿氧化还原反应器，其特征在于在阳极区域充填的粒子材料是粒状的Y—A1203或硅酸铝，表面涂有Mn02—Sn02 (Sb) /Pb02催化材料。
4 、根据权利要求1所述微多相电芬顿氧化还原反应器，其特征在于在阳极和阴极之间设有感应电极。
5 、根据权利要求1所述微多相电芬顿氧化还原反应器，其特征在于在反应器的底部设有布水口并与进水口连接。
全文摘要
微多相电Fenton氧化还原反应器，由壳体，电解阳极、阴极，绝缘层，阴极填充粒子，阳极填充粒子，感应电极，布水布气装置，高频脉冲电源组成。反应器的特点是不同于二维电解电极的同时，在反应器中增添了感应电极。除了填充粒子的高催化活性外，感应电极生成的Fe<sub>2</sub>+与H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>发生Fenton反应，生成强氧化性的羟基自由基(·OH)，有机污染物在与羟基自由基的反应过程中被直接氧化和间接氧化，使之最终得以降解。此反应器适用于处理高浓度、难降解的有机废水。
文档编号C02F1/461GK101538078SQ20091011526
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者丁则仁, 冷健雄, 刘晓明, 王玉杰, 褚海云 申请人:江西怡杉环保有限公司