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：
本实用新型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等简单的无机分子。
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-OH。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.OH (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+用铁量高。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。 发明内容本实用新型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。
本实用新型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。
本实用新型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。
本实用新型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，钬板表面附着有In02—Ta205/Sn02(Sb)—Pb02的复合金属氧 化物，钛板外圏子设有一圓筒形的绝缘层，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 。
本实用新型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。
本实用新型设备在阳极和阴极之间还增添了铁质感应电极。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.0H。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) 本实用新型设备工作采用高频脉沖供电的方式，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，本实用新型是高
效的电Fenton氧化还原反应器。
附图为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
附图为本实用新型的结构示意图。结合该图对反应器进行详细描述。
本实用新型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 14。
本实用新型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钛板7组 成，钬板7表面附着有In02—Ta205/Sn02(Sb)—Pb02的复合金属氧 化物，钬板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^1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 Fentoni式剂:i口 (2)式戶斤示。
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 11，出7]c堰1 1上i殳有集水孔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> H202 Fe2+ + H202 + W~~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(RH)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 简单的无机物。
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。
专利摘要微多相电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<sup>2+</sup>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C02F1/461GK201427883SQ20092014259
公开日2010年3月24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