一种转盘式电Fenton反应器及其应用的制作方法
【专利摘要】一种转盘式电Fenton反应器及其应用，包括电解反应池、石墨转盘电极、普通石墨电极、饱和甘汞参比电极、直流电机、转动轴、导电圆环、联轴器和隔板，直流电机通过联轴器与转动轴连接，转动轴通过导电圆环与外部电源连接，转动轴与石墨转盘电极固定连接，通过石墨转盘电极在中空容器内的机械转动进行充氧曝气生成过氧化氢，过氧化氢再与反应液中的Fe2+同时作用对反应液进行降解。该装置取消了传统的曝气装置，使用机械方式进行充氧曝气，节省了能源消耗，且该装置结构简单，使用方便，实验使用效果良好，对四环素等有机物具有较高的去除率。
【专利说明】一种转盘式电Fenton反应器及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种转盘式电Fenton反应器及其应用，属于水处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，电Fenton氧化技术因为其处理高浓度难降解的有机反应液比较彻底，产物无毒无害，不产生二次污染越来越受到人们的关注。电Fenton法是指借助电化学法生成Fe2+和H2O2作为Fenton试剂的持续来源。Fenton试剂在反应过程中生成具有强氧化性且无选择性的羟基自由基.0Η，它能将有机物分子结构破坏，使之生成小分子中间体或者将其完全矿化生成CO2和Η20。与传统Fenton反应相比，电Fenton法具有以下特点:处理成本低不需要再加入其他药品试剂；可以实现原位产生H2O2，避免了原料试剂在存储和运输过程中产生的危险；处理设备简单，处理周期短。
[0003]常见电Fenton法有阴极电Fenton法(EF-Fentor^i)，牺牲阳极法(EF-Feox法),Fe3+循环法(FSR法)，以及EF-Fere法。传统的电Fenton反应器通常由直流电源，阴极，阳极，电解池，曝气装置，搅拌装置以及外接电路组成。但是，现有电Fenton反应器存在一些不足，表现为以下几点:1)曝气效率不足，根据反应机理需要不断向电解液中充入空气，使O2在阴极上捕获电子生成H2O2，普通压缩空气装置将氧气充入整个电解池中，而O2在电解液中溶解度很小，充入其中的O2大部分都无法参与反应而大量流失，造成曝气效率低。2)H202产生速率较慢，O2需要在阴极表面捕获电子才能生成H2O2，传统的电Fenton反应器O2在电解液中传质和扩散易受影响。不易使O2在阴极表面大量存在，效率较低。3)耗能较大，反应过程中需要不断地曝气和搅拌以提高传质和扩散，使得整个反应器的耗能较大。4)pH的调节范围比较窄，FSR法中的pH操作范围为pH < 1，EF-Fere法的pH操作范围为pH < 2.5，易使反应器的处理效果受到影响。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供一种转盘式电Fenton反应器。
[0005]本发明还提供一种利用转盘式电Fenton反应器进行降解废水中四环素的方法。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]一种转盘式电Fenton反应器，包括电解反应池、石墨转盘电极、普通石墨电极、饱和甘汞参比电极、直流电机、联轴器、转动轴、导电圆环和隔板，其中，所述电解反应池设置为一顶部开口的中空容器，所述中空容器的器壁上设置有贯通器壁的两个通孔，所述两个通孔的中心处于同一水平线，其中一个通孔的正下方设置有固定连接器壁外表面的平台，所述直流电机设置安装在平台上，所述直流电机通过联轴器与转动轴的一端固定连接，所述转动轴的另一端依次穿过两个通孔后设置于导电圆环内，所述导电圆环与器壁外表面相连接，所述转动轴还与石墨转盘电极固定连接，所述石墨转盘电极设置在中空容器内；所述隔板上设置有固定孔，所述普通石墨电极和饱和甘汞参比电极分别固定连接铜棒，所述铜棒贯穿固定孔与隔板固定连为一体，所述隔板安装设置在中空容器的顶部，所述铜棒和导电圆环与外部的电化学工作站电连接，所述直流电机与外部的直流电源电连接。
[0008]根据本发明，优选的，所述直流电机为R260电机，工作电压为3-6V，最大转速为18000转/分钟。
[0009]根据本发明，优选的，所述隔板设置为一长方体，所述电解反应池的顶部设置有容纳隔板的凹槽。此设计的目的在于，将隔板嵌入电解反应池顶部的凹槽内，确保在电解反应过程中普通石墨电极和饱和甘汞参比电极的稳定性。
[0010]根据本发明，优选的，所述转动轴为铜质转动轴，所述转动轴的另一端与导电圆环摩擦接触。此设计中，导电圆环与转动轴相对运动，电机带动转动轴转动的过程中，导电圆环与外部电化学工作站电连接，导电圆环通过摩擦接触与转动轴进行导电。
[0011]根据本发明，优选的，所述电解反应池的底部边缘处设置为向外延伸的底座。
[0012]根据本发明，优选的，所述转动轴贯穿于石墨转盘电极的中心与石墨转盘电极固定连为一体。此设计的好处在于，可以保证石墨转盘电极最大的利用率，同时确保了搅拌效率，保证了反应液中四环素等物质在溶液中的传质。
[0013]根据本发明，优选的，所述石墨转盘电极的边缘处设置为锯齿状。此设计的好处在于，锯齿状相比起圆周的表面，增加了石墨转盘电极的比表面积，加大了空气中的氧与水膜接触反应的面积。
[0014]根据本发明，优选的，所述石墨转盘电极的半径为38mm,厚度为10mm。此设计的好处在于，在不影响成本的情况下，此规格的石墨转盘电极效率最高。
[0015]一种利用上述转盘式电Fenton反应器降解废水中四环素的方法，步骤如下:
[0016](I)将事先加入Fe2+的废水注入到电解反应池中，待废水注入到石墨转盘电极的中心位置处，停止注入废水，然后使用缓冲溶液调节废水的pH值，使废水的pH≤5 ;
[0017](2)启动直流电源，直流电机带动转动轴转动，与转动轴连接的石墨转盘电极在废水中旋转起到搅拌作用，通过调节直流电机的电源电压来调节转盘转速；
[0018](3)启动电化学工作站，铜棒和导电圆环进行导电，其中普通石墨电极为阳极，石墨转盘电极为阴极，饱和甘汞电极为参比电极，三者之间构成了三电极体系；
[0019](4)石墨转盘电极在转动过程中在转盘表面形成一层水膜，空气中的氧气扩散进入水膜，在阴极表面发生还原反应，生成H2O2,
[0020]阴极发生的反应式为:02+2H++2e = H2O2
[0021]H2O2与废水中的Fe2+同时作用对废水中的四环素进行降解，其反应式为:
[0022]Fe2++H202 — Fe3++0H>.0H
[0023]H0.+RH — R.+H2O
[0024]R.+Fe3+ — R++Fe2+
[0025]H0.+Fe2+ — H0_+Fe3+
[0026]四环素的的分子为C22H24N2O,其结构图为盐酸四环素结构图，
[0027]
【权利要求】
1.一种转盘式电Fenton反应器,包括电解反应池、石墨转盘电极、普通石墨电极、饱和甘汞参比电极、直流电机、联轴器、转动轴、导电圆环和隔板，其特征在于，所述电解反应池设置为一顶部开口的中空容器，所述中空容器的器壁上设置有贯通器壁的两个通孔，所述两个通孔的中心处于同一水平线，其中一个通孔的正下方设置有固定连接器壁外表面的平台，所述直流电机设置安装在平台上，所述直流电机通过联轴器与转动轴的一端固定连接，所述转动轴的另一端依次穿过两个通孔后设置于导电圆环内，所述导电圆环与器壁外表面相连接，所述转动轴还与石墨转盘电极固定连接，所述石墨转盘电极设置在中空容器内；所述隔板上设置有固定孔，所述普通石墨电极和饱和甘汞参比电极分别固定连接铜棒，所述铜棒贯穿固定孔与隔板固定连为一体，所述隔板安装设置在中空容器的顶部，所述铜棒和导电圆环与外部的电化学工作站电连接，所述直流电机与外部的直流电源电连接。
2.如权利要求1所述的转盘式电Fenton反应器，其特征在于，所述直流电机为R260电机，工作电压为3-6V，最大转速为18000转/分钟。
3.如权利要求1或2所述的转盘式电Fenton反应器，其特征在于，所述隔板设置为一长方体，所述电解反应池的顶部设置有容纳隔板的凹槽。
4.如权利要求1所述的转盘式电Fenton反应器，其特征在于，所述转动轴为铜质转动轴，所述转动轴的另一端与导电圆环摩擦接触。
5.如权利要求1所述的转盘式电Fenton反应器，其特征在于，所述电解反应池的底部边缘处设置为向外延伸的底座。
6.如权利要求1所述的转盘式电Fenton反应器,其特征在于,所述转动轴贯穿于石墨转盘电极的中心与石墨转盘电极固定连为一体。
7.如权利要求1或2所述的转盘式电Fenton反应器，其特征在于，所述石墨转盘电极的边缘处设置为锯齿状。
8.如权利要求1或2所述的转盘式电Fenton反应器，其特征在于，所述石墨转盘电极的半径为38mm,厚度为10mm。
9.一种利用权利要求1至8任一项所述的转盘式电Fenton反应器降解废水中四环素的方法，步骤如下: (1)将事先加入Fe2+的废水注入到电解反应池中，待废水注入到石墨转盘电极的中心位置处，停止注入废水，然后使用缓冲溶液调节废水的PH值，使废水的pH < 5 ; (2)启动直流电源，直流电机带动转动轴转动，与转动轴连接的石墨转盘电极在废水中旋转起到搅拌作用，通过调节直流电机的电源电压来调节转盘转速； (3)启动电化学工作站，铜棒和导电圆环进行导电，其中普通石墨电极为阳极，石墨转盘电极为阴极，饱和甘汞电极为参比电极，三者之间构成了三电极体系； (4)石墨转盘电极在转动过程中在转盘表面形成一层水膜，空气中的氧气扩散进入水膜，在阴极表面发生还原反应，生成H2O2, 阴极发生的反应式为:02+2H++2e- = H2O2 H2O2与废水中的Fe2+同时作用对废水中的四环素进行降解，其反应式为:
Fe2++H202 — Fe3++0H>.0H
H0.+RH — R.+H2O
R.+Fe3+ — R++Fe2+H0.+Fe2+ — HO_+Fe3+ 四环素的的分子为C22H24N2O,其结构图为盐酸四环素结构图，
10.如权利要求9所述的转盘式电Fenton反应器降解废水中四环素的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的缓冲溶液为磷酸二氢钠、磷酸氢二钠与硫酸、氢氧化钠配置的PH为3的缓冲溶液。
【文档编号】C02F1/467GK103991933SQ201410239633
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】高明明, 张岩, 王新华, 刘瑞婷 申请人:山东大学