一种太阳能驱动的铁基非晶电极材料降解废水的装置的制作方法

本发明涉及一种废水处理装置，具体涉及一种利用太阳能驱动的铁基非晶合金作为电极材料电化学降解染料废水的装置。

背景技术：

电化学处理技术降解效率高、二次污染少、运行操作简单，其作为环境友好技术有望得到广泛应用。现有的电化学废水处理装置一般利用电网中的电能，所消耗能源多、价格昂贵，而且装置结构复杂、运行成本高，这成为电化学技术中亟待解决的问题。

因此，设计操作运行简单、处理成本低的电化学水处理装置是实现电化学处理工业废水技术实际应用的重要途径。优化电能驱动装置便是进一步降低电化学降解废水成本的关键问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用太阳能电池作为电能能源，铁基非晶合金作为电极材料的电化学降解工业废水的装置，在使废水达到很高降解效率的同时，还降低了电能耗，大幅度降低了成本。

本发明的技术方案如下：

一种太阳能驱动的铁基非晶电极材料降解废水的装置，其特征在于：所述装置选择太阳能电池作为电化学降解废水的电能能源，铁基非晶合金条带作为电化学降解废水的电极。

其中，所述太阳能电池输出电压优选大于等于0.5v；为提高废水的降解速率，所述太阳能电池的输出电压优选大于等于1v，为降低降解废水的电能耗，所述太阳能电池的输出电压更优选大于等于1v，且小于2v。所述铁基非晶合金中铁元素的原子百分比为40～84％，其它合金元素选自si、b、p、c、mo、nb、cu、ni、co中的一种或几种。其中，所述铁基非晶合金中铁元素的原子百分比优选为40.5～64.5％或70.5～83.5％，更优选范围是71～76％或79～82％。所述其它合金元素优先选自si、b、c、mo、nb、cu、ni中的一种或几种。

本发明所述太阳能驱动的铁基非晶电极材料降解废水的装置，其特征在于：该装置具体包括太阳能电池1、铁基非晶合金电极2和反应装置4，其中反应装置4内装有染料废水3，太阳能电池1的正负极分别与一个铁基非晶合金电极2相连，铁基非晶合金电极2插入反应装置4内的染料废水3中。

本发明所述装置用于降解废水，所述废水优选为染料废水。

本发明具有以下优点：

1.本发明装置选用太阳能电池作为电能能源，相对于现今普遍选用的电网电能，具有永久性、清洁性和灵活性等优点，解决了能源消耗问题，有利于生态环境的保护。

2.本发明装置中无化学添加剂的使用，减少了二次污染。

3.本发明装置中阳极、阴极以及其间废水有充分的表面接触，提高了降解效率。

4.本发明装置中选用铁基非晶合金作为电极，实现了高效率、低损耗。

5.本发明装置工艺操作简单，具备非常好的应用前景。

附图说明

图1为本发明提供的太阳能驱动的铁基非晶电极材料降解废水的装置的结构示意图。

图2为在铁基非晶合金条带fe78si8b14(at.％)电化学降解作用下，酸性橙ⅱ溶液的紫外-可见光吸收光谱随反应时间的变化曲线。其中，太阳能电池输出电压为0.5v，电极有效表面积为50cm²，溶液体积为300ml。

图3为铁基非晶合金条带fe78si8b14(at.％)电化学降解酸性橙ⅱ溶液的降解效率拟合曲线。其中，太阳能电池输出电压为0.5v，电极有效表面积为50cm²，溶液体积为300ml。

图4为在铁基非晶合金条带fe83si4b10p2cu1(at.％)电化学降解作用下，酸性橙ⅱ溶液的紫外-可见光吸收光谱随反应时间的变化曲线。其中，太阳能电池输出电压为1v，电极有效表面积为5cm²，溶液体积为30ml。

图5为铁基非晶合金条带fe83si4b10p2cu1(at.％)电化学降解酸性橙ⅱ溶液的降解效率拟合曲线。其中，太阳能电池输出电压为1v，电极有效表面积为5cm²，溶液体积为30ml。

具体实施方式

以下结合附图及实施例详述本发明。

实施例1

图1为本发明提供的太阳能驱动的铁基非晶电极材料降解废水的装置的结构示意图。本装置主要包括：太阳能电池1、铁基非晶合金电极2和反应装置4。

其中铁基非晶合金电极2为铁基非晶合金条带fe78si8b14(at.％)制成，太阳能电池1作为驱动电源，输出电压为0.5v，染料废水3为酸性橙ⅱ溶液，位于反应装置4内，溶液温度为60℃。

将太阳能电池1正负极分别与铁基非晶合金电极2相连接，应用于电化学降解酸性橙ⅱ溶液，参与反应的电极表面积为50cm²，酸性橙ⅱ溶液浓度为0.2g/l，溶液体积为300ml。将盛有酸性橙ⅱ溶液的反应装置4放置于电磁搅拌系统中以200rpm的转速对染料溶液进行搅拌，温度控制在60℃。选取输出电压为0.5v进行试验。溶液的紫外-可见光吸收光谱随反应时间的变化曲线如图2所示。反应120min时，酸性橙ⅱ溶液的降解效率可以达到98％，拟合得到的速率常数为0.05min^-1(图3)。经过计算得到的电能耗为0.000018kwh。当输出电压调至1v时，反应20min时，酸性橙ⅱ溶液的降解效率可以达到98％，拟合得到的速率常数为0.36min^-1。经过计算得到的电能耗为0.00005kwh。

由此可见，太阳能驱动的铁基非晶电极材料降解废水的装置具有降解效率高、电能耗低等优点，可以大幅度降低操作运行成本。

实施例2

技术方案与实施例1相同，铁基非晶合金成分为fe73.5nb3cu1si13.5b9(at.％)，实验条件与实施例1相同，太阳能电池输出电压为0.5v，反应120min，酸性橙ⅱ溶液的降解效率可以达到98％，电能耗为0.000025kwh。铁基非晶合金中fe元素含量的略微降低并没有降低酸性橙ⅱ的降解效率，然而却以电能耗的少许增加为代价。

实施例3

技术方案与实施例1相同，铁基非晶合金成分为fe83si4b10p2cu1(at.％)，参与反应的电极有效表面积为5cm²，溶液体积为30ml，太阳能电池输出电压为1v，其余实验条件与实施例1相同，溶液的紫外-可见光吸收光谱随反应时间的变化曲线如图4所示。反应18min时，酸性橙ⅱ溶液的降解效率可以达到98％，拟合得到的速率常数为0.53min^-1(图5)。经过计算得到的电能耗为0.0000097kwh。相比于实施例1，电极有效表面积和溶液体积同比例减小，其余实验条件相同，可见fe元素含量的升高可以提高降解速率，而且还降低了电能耗。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种废水处理装置，包括反应装置、驱动电源和电极板，所述驱动电源为太阳能电池，输出电压优选大于等于0.5V。电极材料为铁基非晶合金，该合金成分中优选铁元素的原子百分比在40～84％，其它合金元素优选自Si、B、P、C、Mo、Nb、Cu、Ni、Co中一种或几种，所述装置的电极与驱动电源电连接。该太阳能驱动的铁基非晶电极材料降解废水的装置在使工业废水达到很高降解效率的同时，还降低了电能耗，大幅度降低了成本，有利于生态环境的保护，具备非常好的应用前景。

技术研发人员：朱正旺;秦鑫冬;张海峰;王爱民
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：2016.10.12
技术公布日：2018.04.20