一种电化学阴阳极联合系统及其应用、废水处理方法

本发明属于废水处理，具体涉及一种电化学阴阳极联合系统及其应用、废水处理方法。

背景技术：

1、全氟/多氟烷基化合物(pfass)是一类人工合成的化学物质，其中的c-h键部分或全部被c-f键取代。由于独特的物理化学性质，pfass已经被广泛应用在金属电镀、纺织和泡沫灭火剂等多个领域。然而，pfass具有较强的环境持久性、生物积累性并伴随高度的发育及免疫毒性，同时在野生动植物、沉积物和水等多种环境介质中广泛检出，这给人类健康和生态系统造成巨大威胁。

2、目前，pfass的去除方法主要有物理、化学以及生物法。传统的物理化学修复途径需要较高的投资需求、能量消耗且易产生二次污染；微生物降解技术虽然近年来多有研究，但是其治理速率缓慢，很难实现工业化应用。相较而言，贵金属催化的加氢脱卤反应提供了一种新的选择，其操作条件温和，对于污染物降解具有可控的选择性和活性。

3、其中，金属纳米pd具有较强的h*活化能力，比其他金属展现出了更为优越的催化脱卤能力。尽管如此，纳米pd催化剂的均匀稳定合成，以及h*的有效连续产生仍然给该技术的应用带来一定的挑战。另外，当废水中同时含有pfass和硝酸盐时，如何避免二者互相影响，构建协同系统实现对二者的有效去除也十分必要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电化学阴阳极联合系统及其应用、废水处理方法，本发明提供的电化学阴阳极联合系统能够同时有效地去除废水中的全氟/多氟烷基化合物和硝酸盐。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种电化学阴阳极联合系统，包括电解槽和设置在所述电解槽中的隔膜，所述隔膜将电解槽分为阳极室和阴极室，所述阳极室设置有对电极且填充有活性炭；所述阴极室设置有工作电极和参比电极；

4、所述工作电极包括导电基体和负载在所述导电基体表面的改性电活性生物膜；所述改性电活性生物膜包括电活性生物膜和负载在所述电活性生物膜上的钯纳米颗粒。

5、优选的，所述电活性生物膜的厚度为46～66μm。

6、优选的，所述钯纳米颗粒在所述改性电活性生物膜上的负载质量百分含量为5％～8％。

7、优选的，所述钯纳米颗粒的粒径为5～30nm。

8、优选的，所述所述对电极为铂电极；所述参比电极为ag/agcl电极。

9、优选的，所述活性炭的粒径为0.7～1.2mm。

10、本发明还提供了上述技术方案所述的电化学阴阳极联合系统在处理含有全氟/多氟烷基化合物和硝酸盐的废水中的应用。

11、本发明还提供了一种废水处理方法，采用上述技术方案所述的电化学阴阳极联合系统，包括以下步骤：

12、将废水从所述阴极室的顶端注入，在阴极室发生还原反应，得到的预处理水从所述阴极室的底端流出进入阳极室，在阳极室进行过滤吸附，得到的处理水从阳极室的顶端流出；

13、所述废水为含有全氟/多氟烷基化合物和硝酸盐的废水。

14、优选的，所述还原反应的工作电压为-1.2v(vs.ag/agcl)；温度为20±1℃。

15、优选的，所述过滤吸附的温度为20±1℃。

16、本发明提供了一种电化学阴阳极联合系统，包括电解槽和设置在所述电解槽中的隔膜，所述隔膜将电解槽分为阳极室和阴极室，所述阳极室设置有对电极且填充有活性炭；所述阴极室设置有工作电极和参比电极；所述工作电极包括导电基体和负载在所述导电基体表面的改性电活性生物膜；所述改性电活性生物膜包括电活性生物膜和负载在所述电活性生物膜上的钯纳米颗粒。在本发明中，电活性生物膜上的钯纳米颗粒表面产生的h*能够对pfass中的碳卤键进行攻克；同时电活性生物膜能够利用电极电子还原硝酸盐；再者经过阳极的活性炭颗粒吸附后得到进一步的净化过滤。本发明通过偶合阴极还原系统和阳极吸附过滤系统，能够同时有效的去除废水中的全氟/多氟烷基化合物和硝酸盐。

技术特征：

1.一种电化学阴阳极联合系统，包括电解槽和设置在所述电解槽中的隔膜，所述隔膜将电解槽分隔为阳极室和阴极室，其特征在于，所述阳极室设置有对电极且填充有活性炭，所述阴极室设置有工作电极和参比电极；

2.根据权利要求1所述的电化学阴阳极联合系统，其特征在于，所述电活性生物膜的厚度为46～66μm。

3.根据权利要求1或2所述的电化学阴阳极联合系统，其特征在于，所述钯纳米颗粒在所述改性电活性生物膜上的负载质量百分含量为5％～8％。

4.根据权利要求1所述的电化学阴阳极联合系统，其特征在于，所述钯纳米颗粒的粒径为5～30nm。

5.根据权利要求1所述的电化学阴阳极联合系统，其特征在于，所述所述对电极为铂电极；所述参比电极为ag/agcl电极。

6.根据权利要求1所述的电化学阴阳极联合系统，其特征在于，所述活性炭的粒径为0.7～1.2mm。

7.权利要求1～6任一项所述的电化学阴阳极联合系统在处理含有全氟/多氟烷基化合物和硝酸盐的废水中的应用。

8.一种废水处理方法，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述的电化学阴阳极联合系统，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的废水处理方法，其特征在于，所述还原反应的工作电压为-1.2v(vs.ag/agcl)；温度为20±1℃。

10.根据权利要求8所述的废水处理方法，其特征在于，所述过滤吸附的温度为20±1℃。

技术总结
本发明属于废水处理技术领域，本发明提供的电化学阴阳极联合系统中隔膜将电解槽分为阳极室和阴极室，所述阳极室设置有对电极且填充有活性炭；所述阴极室设置有工作电极和参比电极；所述工作电极包括导电基体和设置在所述导电基体表面的改性电活性生物膜；所述改性电活性生物膜包括电活性生物膜和负载在所述电活性生物膜上的钯纳米颗粒。在本发明中，电活性生物膜上的钯纳米颗粒表面产生的H*能够对PFASs中的碳卤键进行攻克；同时电活性生物膜能够利用电极电子还原硝酸盐；再者经过阳极的活性炭颗粒吸附后得到进一步的净化过滤，进而使得本发明提供的电化学阴阳极联合系统能够同时有效的去除废水中的全氟/多氟烷基化合物和硝酸盐。

技术研发人员：王鑫,廖承美,朱雪梅,李田,李楠
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14