电化学法降解气态和液态污染物的装置及其方法

1.本发明涉及污染物降解技术领域，具体地说，涉及一种电化学法降解污染物的装置及其方法。


背景技术：

2.难降解有机废水具有有毒有害、生物难降解等特征，会危害人体健康。难降解有机废水处理一直是困扰环境保护领域的难题，主要处理方法包括生物法、物他法和高级氧化法等。生物法常需驯化专口的菌种，也存在处理周期长、仅适用于低浓度有机废水等问题。物化法主要包括混凝法、膜分离法、吸附法等，混凝法存在污泥产量大且多为危废的问题，膜分离法存在浓缩液难处理和膜污染的问题，吸附法存在脱附液难处理和吸附剂失效等问题。
3.目前氧化技术中，大多是反应堆式降解水体有机物，降解效率低，且只能降解单相污染物，不能多相降解，限制其应用范围。对于空气中甲醛、苯系物、有机氯化物、有机酮、醇、醚、石油烃化合物、二氧化硫及氮氧化物等气态污染物，现有的电化学方法降解一般是将气态污染物通入液相电解液中，通过液相电解液中的阳极进行氧化降解气态污染物，但是这种方法降解气态污染物的降解效率较低，且不适合用电化学法降解水溶性较差的气态有机污染物。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种电化学法降解气态和液态污染物的装置及其方法，用于提高气态或液态污染物的降解效率，具有持续流动性和高效率降解难降解有机废水和水溶性较差的气态有机污染物的特点。
5.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
6.一种电化学法降解气态和液态污染物的装置，包括外壳和电源，所述外壳内设置有阳极、离子导体和阴极，所述阳极和所述阴极分别电性连接于所述电源，所述离子导体设于所述阳极和所述阴极之间，所述离子导体、所述阴极和所述外壳围合形成阴极室，污染物以液态或气态方式通入所述阴极室，所述阴极于所述电源接通时可产生活性物种，以降解所述阴极室的所述污染物。
7.优选地，所述外壳为分体结构，所述外壳包括固定所述阳极的第一壳体和固定所述阴极的第二壳体，所述第二壳体相对两侧设置有入口和出口。
8.优选地，所述离子导体设置于橡胶垫片中，所述第一壳体和所述第二壳体分别与所述橡胶垫片连接固定。
9.优选地，所述离子导体包括无机盐、有机凝胶剂和支撑骨架，所述无机盐负载量为0.1％-50％，所述有机凝胶剂负载量为0.1％-50％。
10.优选地，所述离子导体包括无机盐、有机凝胶剂、交联剂、光引发剂和支撑骨架，其中，所述无机盐为硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐中的至少一种；所述有机凝胶剂为丙烯
酸、琼脂糖、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺、丙烯酸丁酯中的至少一种；所述交联剂为乙二醇二丙烯酸酯(pegda)、n，n-二甲基双丙烯酰胺(bis)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)中的至少一种；所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)、2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮(907)、1-羟基环己基苯基甲酮(184)、2,2-二甲氧基-苯基乙酮(bdk)中的至少一种；所述支撑骨架为蜂窝沸石、蜂窝陶瓷、蜂窝堇青石、蜂窝活性炭、阔叶木、针叶木中的一种。
[0011]
优选地，所述阴极为负载催化剂的多孔材料电极，所述催化剂为含铁催化剂和金属氧化物催化剂，所述含铁催化剂的负载量为0.1％-50％，所述金属氧化物催化剂的负载量为0.1％-50％。
[0012]
优选地，所述含铁催化剂为含铁材料和多孔导电吸附材料载体的复合材料催化剂，其中，所述含铁材料为纳米铁、氯化铁、三氧化二铁、四氧化三铁、硝酸铁、金属有机骨架材料中的至少一种，所述多孔导电吸附材料载体为碳纸、碳布、碳纤维布、碳颗粒布、活性炭布、石墨毡中的至少一种；和/或，所述金属氧化物催化剂为锰氧化物催化剂、钴氧化物催化剂、铈氧化物催化剂、铜氧化物催化剂、铟氧化物催化剂、钛氧化物催化剂、亚钛氧化物催化剂中的至少一种。
[0013]
优选地，所述电化学法降解气态和液态污染物的装置设置有多个，多个所述电化学法降解气态和液态污染物的装置串联设置。
[0014]
一种电化学法降解气态和液态污染物的方法，应用于如前所述的电化学法降解气态和液态污染物的装置，包括以下步骤：
[0015]
在阳极和阴极之间施加直流电压或交流电压；
[0016]
将液态或气态污染物，或者含有气态污染物的空气通入阴极室内，阴极产生活性物种以降解液态或气态污染物。
[0017]
优选地，所述直流电压或交流电压的电压范围为0.5v-360v，控制降解所述污染物过程中的温度范围为负20℃至120℃；和/或，液态污染物的流速范围为0.001m/s-20m/s，气态污染物或含有气态污染物的空气的流速范围为0.001m/s-20m/s，湿度范围为0％-99.9％，含气态污染物的空气中氧气体积含量范围为2％-28％。
[0018]
与现有技术相比，本发明在对液态或气态污染物进行降解时，阳极和阴极接通电源，并将污染物以液态或气态方式通入由离子导体、阴极和外壳形成的阴极室内，阴极表面或内部产生羟基自由基等活性物种，该活性物种可以快速且高效地分解进入阴极室内的气态或液态污染物，能对难降解的有机污染物进行高流动性和高效率的降解。
[0019]
本发明的离子导体保证了阳极与阴极间离子传输，有效地提高了装置的氧化还原能力和降解有机污染物能力，为氧化还原反应及催化金属离子的可持续推进提供关键基础，能代替离子交换膜与电解质溶液，节省成本，方便制备，提高了降解效率，且能实现液态或气态多相降解，应用广泛，为环境污染防治产业的突破提供新的技术途径。
附图说明
[0020]
图1为本发明电化学法降解气态和液态污染物的装置的分解示意图；
[0021]
图2为本发明电化学法降解气态和液态污染物的装置的结构示意图；
[0022]
图3为本发明多个电化学法降解气态和液态污染物的装置串联的结构示意图。
[0023]
附图标号说明：
[0024]
标号名称标号名称1外壳3阳极11第一壳体4离子导体12第二壳体5阴极121入口6橡胶垫片122出口7导电棒2电源8导线
具体实施方式
[0025]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。
[0026]
本发明公开了一种电化学法降解气态和液态污染物的装置，所述电化学法降解气态和液态污染物的装置包括外壳1和电源2。所述外壳1内设置有阳极3、离子导体4和阴极5，所述阳极3和所述阴极5分别电性连接于所述电源2，所述离子导体4设于所述阳极3和所述阴极5之间。所述离子导体4、所述阴极5和所述外壳1围合形成阴极室，污染物以液态或气态方式通入所述阴极室，所述阴极5于所述电源接通时可产生活性物种，以降解所述阴极室的所述污染物。
[0027]
本发明在对液态或气态污染物进行降解时，阳极3和阴极5接通电源2，并将污染物以液态或气态方式通入由离子导体4、阴极5和外壳1形成的阴极室内，阴极5表面或内部产生羟基自由基等活性物种，该活性物种可以快速且高效地分解进入阴极室内的气态或液态污染物，能对难降解的有机污染物进行高流动性和高效率的降解。
[0028]
本发明中的羟基自由基等活性物种具有高度活跃的氧化能力，可以迅速分解气态或液态的大多数有机污染物，将它们矿化成co2和h2o等无毒产物，不会造成二次污染，绿色环保。同时，离子导体4保证了阳极3与阴极5间离子传输，有效地提高了装置的氧化还原能力和降解有机污染物能力，为氧化还原反应及催化金属离子的可持续推进提供关键基础，能代替离子交换膜与电解质溶液，节省成本，方便制备，提高了降解效率，且能实现液态或气态多相降解，应用广泛，为环境污染防治产业的突破提供新的技术途径。
[0029]
请参阅图1和图2，所述外壳1为分体结构，所述外壳1包括第一壳体11和第二壳体12，所述阳极3固定在所述第一壳体11内，所述阴极5固定在所述第二壳体12内。所述第二壳体12上设置有入口121和出口122。所述离子导体4设置于橡胶垫片6中，所述第一壳体11和所述第二壳体12分别与所述橡胶垫片6连接固定。橡胶垫片6增强装置的气密性，在处理含有液态污染物或气态污染物时，含有液态污染物或气态污染物的空气由入口121流入阴极室，在阴极5的作用下有效去除气态或液态污染物，之后由出口122流出。
[0030]
本发明中，所述阳极3和所述阴极5分别连接有导电棒7，导电棒7通过导线8与所述电源2电性连接，阳极3连接电源2的正极，阴极5连接电源2的负极，电源2可为交流电源或直流电源。
[0031]
优选地，导电棒7为钛棒、铜棒、镍棒、铁棒、铝棒、银棒中的一种。
[0032]
优选地，所述离子导体4包括无机盐、有机凝胶剂、交联剂、光引发剂和支撑骨架，
其中所述无机盐为硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐中的至少一种；所述有机凝胶剂为丙烯酸、琼脂糖、丙烯酸羟乙酯、丙烯酰胺、丙烯酸丁酯中至少一种；所述交联剂为乙二醇二丙烯酸酯(pegda)、n，n-二甲基双丙烯酰胺(bis)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta)中的至少一种；所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)、2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮(907)、1-羟基环己基苯基甲酮(184)、2,2-二甲氧基-苯基乙酮(bdk)中的至少一种；所述支撑骨架为蜂窝沸石、蜂窝陶瓷、蜂窝堇青石、蜂窝活性炭、阔叶木、针叶木中的一种。
[0033]
优选地，无机盐负载量为0.1％-50％，比如无机盐负载量为0.1％、1％、10％、20％、30％、40％或50％。
[0034]
优选地，有机凝胶剂负载量为0.1％-50％，比如有机凝胶剂负载量为0.1％、1％、10％、20％、30％、40％或50％。
[0035]
本发明的离子导体4可采用以下步骤制备得到：
[0036]
将无机盐与有机凝胶剂按照一定的质量比(1：1-8)混合，加入一定量的交联剂(含量为有机凝胶剂的0.02mol％-0.15mol％)和光引发剂(含量为有机凝胶剂含量的0.5wt％-1.5wt％)，加热到50℃-90℃，磁力搅拌均匀。然后将支撑骨架浸泡于溶液中，利用led光源引发有机凝胶剂进行聚合反应，得到离子凝胶。反应条件为：紫外光波长为365nm，光强为80mw/cm2，光照时间为2min-30min。
[0037]
本发明中含无机盐的离子导体4，有效地保证了阳极3与阴极5间的离子传导，替代了传统的电解质溶液，起到了离子交换膜的作用，有效地降低了成本，提高了氧还原效率和降解污染物效率，同时具有较好的稳定性和持久性。
[0038]
所述阴极5为负载催化剂的多孔材料电极，所述催化剂为含铁催化剂和金属氧化物催化剂。本发明阴极选用负载催化剂的多孔吸附材料电极，多孔吸附材料阴极能够将空气中或人工输入的氧气高效率、高通量还原生成过氧化氢，过氧化氢与含铁及金属氧化物催化剂通过电芬顿反应生成高通量的羟基自由基等活性物种，羟基自由基等活性物种迅速与气态和液态污染物反应，将污染物降解最终生成水和二氧化碳，以实现净化的效果。
[0039]
含铁催化剂和金属氧化物催化剂的活性均较高，同时均具有较好的稳定性和分散性，有助于污染物去除率的提高。并且该催化剂能够高效催化分解多种气态和液态污染物，应用范围较广。
[0040]
优选地，所述含铁催化剂为含铁材料和多孔导电吸附材料载体的复合材料催化剂，其中，所述含铁材料为纳米铁、氯化铁、三氧化二铁、四氧化三铁、硝酸铁、金属有机骨架材料中的至少一种，所述多孔导电吸附材料载体为碳纸、碳布、碳纤维布、碳颗粒布、活性炭布、石墨毡中的至少一种。
[0041]
这里含铁催化剂以多孔吸附材料为载体，表面积较大，能够较好的负载含铁催化剂，由此得到的复合材料催化剂活性较高，且具有较好的稳定性，有助于污染物去除率的提高。其中，含铁材料可选用上述材料中的一种或多种组合，多孔吸附材料载体选用上述的一种或多种组合。
[0042]
优选地，含铁催化剂的负载量为0.1％-50％，比如含铁催化剂的负载量为0.1％、1％、10％、20％、30％、40％或50％。
[0043]
优选地，金属氧化物催化剂为锰氧化物催化剂、钴氧化物催化剂、铈氧化物催化
剂、铜氧化物催化剂、铟氧化物催化剂、钛氧化物催化剂、亚钛氧化物催化剂中的至少一种。
[0044]
优选地，金属氧化物催化剂的负载量为0.1％-50％，比如金属氧化物催化剂的负载量为0.1％、1％、10％、20％、30％、40％或50％。
[0045]
本发明由于阴极5采用负载含铁及金属氧化物催化剂的多孔吸附材料电极，多孔吸附材料电极能够将氧气高通量高效率的还原生成过氧化氢，金属氧化物催化剂能够降低对反应环境的ph要求，过氧化氢与含铁及金属氧化物通过芬顿反应生成羟基自由基等活性物种，羟基自由基等活性物种与气态和液态污染物反应以实现对其有效去除。故本发明电化学法去除气态和液态污染物的装置能够实现阴极对气态和液态污染物的去除，实现在空气中催化降解难降解的有机废水和水溶性较差的气态有机污染物。
[0046]
本发明的阴极5可采用以下步骤制备得到：
[0047]
称取适量的氯化铁(氯化铁与多孔导电吸附材料的质量比为2-7：2)溶于无水乙醇，将多孔导电吸附材料浸于溶液中，超声20min-60min，常温放置，待乙醇完全挥发，25℃-60℃条件下干燥至质量不再变化，随后在管式炉中以10℃/min的升温速度升温至220℃，保温1h-4h，最后用丙酮和去离子水清洗；和/或将柠檬酸以(50:200-500)的质量比溶于乙二醇，在60℃下制备前驱体溶液，随后将金属氯化物(锰氯化物、钴氯化物、铈氯化物、铜氯化物、铟氯化物、钛氯化物、亚钛氯化物中的一种或多种组合。)以不同的量加入到前驱体溶液中，保持(1:50:200-500)的比例(金属:柠檬酸:乙二醇)，产生粘性树脂，在最初形成的树脂中加入多孔电吸附材料，在超声波浴中均质60分钟，然后在n2气氛下400℃热处理2小时。
[0048]
优选地，多孔导电吸附材料载体的厚度为0.1mm-20mm，比如多孔导电吸附材料载体的厚度为0.1mm、1mm、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、15mm或20mm。
[0049]
优选地，阳极为不锈钢电极、铁电极、铜电极、铝电极、铝合金电极、铜合金电极、锌合金电极、钛电极、泡沫钛负载钛氧化物电极、铂系钛电极、铱系钛电极及铱钽电极中的至少一种。
[0050]
优选地，阳极、阴极和离子导体形状相同，所述阳极、阴极和离子导体形状可以为正方形片状、长方形片状、多边形片状、圆形片状中的一种。
[0051]
优选地，所述电化学法降解气态和液态污染物的装置可以设置有多个，多个所述电化学法降解气态和液态污染物的装置串联设置。
[0052]
多个电化学法降解气态和液态污染物装置通过串联设置，可以利用多个电化学法降解气态污染物装置同时对气态或液态污染物进行降解处理，液态污染物和含有气态污染物的气体依次通过多个电化学法降解气态污染物装置，如此可以增大单位时间内气体或液体污染物的处理量，提高污染物降解效率，并且提高了污染物去除率和小分子降解，实现污染物的彻底去除。
[0053]
请参阅图3，在本发明的实施例中，电化学法降解气态污染物装置设置有多个，多个电化学法降解气态和液体污染物装置电极通过导线连接为一体式，装配工艺大大简化。
[0054]
本发明还公开了一种电化学法降解气态和液态污染物的方法，应用于如前所述的电化学法降解气态和液态污染物的装置，包括以下步骤：
[0055]
在阳极3和阴极5之间施加直流电压或交流电压；
[0056]
将液态污染物或气态污染物或含有气态污染物的空气通入阴极室内，阴极5产生活性物种以降解液态污染物或气态污染物。
[0057]
参照图1和图2，在采用电化学法去除气态和液态污染物时，首先在阳极3和阴极5之间施加0.5v-360v的直流电压或交流电压，之后将含气态或液态污染物的空气通过入口121连续不断地通到阴极室，并控制去除过程中的反应温度范围为-20℃-120℃，气态污染物或含有气态污染物的空气或液态污染物与空气的混合物的流速范围为0.001m/s-20m/s，湿度范围为0％-99.9％，含气态污染物的空气中氧气体积含量范围为2％-28％。待装置稳定后，利用仪器检测出口122处的气态或液态污染物的浓度。
[0058]
其中，直流电压或交流电源范围优选0.5v-360v，比如施加的电压为0.5v、10v、50v、100v、200v或360v，反应温度范围优选5-45℃，比如反应温度为5℃、15℃、25℃、35℃或45℃。气体流速范围优选0.2m/s-3m/s，比如为0.2m/s、1m/s、2m/s或3m/s。液态污染物的水流速范围优选0.1l/h-10l/h，比如为0.1l/h、1l/h、2l/h、5l/h或10l/h。含气态或液态污染物的氧气含量为2v％-28v％，优选15v％-20v％，比如氧气含量为15v％、17v％、18v％或20v％。通过调节电源电压、催化剂负载比例、反应温度、气体流量及氧气含量使得气态污染物的去除效率达到最佳。
[0059]
下面通过具体实施例对本发明电化学法降解气态和液态污染物的装置及其方法进行详细说明。
[0060]
实施例1
[0061]
(1)离子导体4的制备：将6g十二烷基硫酸钠与丙烯酸按照质量比1：1混合，加入2mg交联剂pegda和30mg光引发剂1173，加热到50℃，磁力搅拌均匀。然后将蜂窝沸石浸泡于溶液中，利用led光源引发有机凝胶剂进行聚合反应，得到离子凝胶。反应条件为：紫外光波长为365nm，光强为80mw/cm2，光照时间为30min。
[0062]
(2)阴极5的制备：称取适量的氯化铁(氯化铁与石墨毡的质量比为3：2)溶于无水乙醇，将5mm石墨毡浸于溶液中，超声40min，常温放置，待乙醇完全挥发，60℃条件下干燥至质量不再变化，随后在管式炉中以10℃/min的升温速度升温至220℃，保温2h，最后用丙酮和去离子水清洗。
[0063]
(3)电化学法降解气态和液态污染物的装置的组装：参见图1和图2，仅为阳极3、离子导体4和阴极5的一组组合，将步骤(1)制备的离子导体4与阳极3和步骤(2)制备的阴极5通过柱状螺丝和螺栓在外壳1中压缩固定，离子导体4置于橡胶垫片6中，提高装置的气密性，离子导体4、阴极5和第二壳体12构成阴极室。在阳极3、离子导体4和阴极5选用正方形片状电极时，阳极3、离子导体4和阴极5尺寸均为(40mm
×
40mm)，阳极3材料为不锈钢。同时将阳极3或阴极5通过导线8分别连接直流电源2的正、负极，入口121和出口122分别设置在第二壳体12对应阴极5的前后面，使气体或液体从入口121进入，经过阴极5从出口122流出。
[0064]
(4)利用步骤(3)装置进行电化学法降解气态污染物的方法：向入口121中通入含有甲醛的空气，气体的流速为20ml
·
min-1
，气体湿度为50％，气体中氧气含量为20v％，气态污染物甲醛的浓度为10ppm，阳极3和阴极5之间施加50v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，含有气态污染物的气体通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在湿气和催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将气态和液态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。气体污染物通过并利用宏图sp-502型气相色谱仪(gc)检测稳定反应时出口122气体污染物的浓度，在空气压力0.1mpa，气化室温度120℃，柱温100℃，催化性能参见表1。
[0065]
(5)利用步骤(3)装置进行电化学法降解液态污染物的方法：向入口121中通入头孢他啶溶液，液体的流速为20ml
·
min-1
，溶液浓度为20mg/l，阳极3和阴极5之间施加50v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，头孢他啶溶液通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将气态和液态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。液体污染物通过并利用高效液相色谱(hplc)测量，流动相为乙腈和0.1m kh2po4溶液，流速为1ml
·
min-1
，测定波长为254nm，进样体积为20μl，催化性能参见表1。
[0066]
实施例2
[0067]
(1)离子导体4的制备：将6g硝酸锂与丙烯酸羟乙酯按照质量比1：2混合，加入3mg的交联剂pegda和96mg光引发剂1173，加热到60℃，磁力搅拌均匀。然后将蜂窝陶瓷浸泡于溶液中，利用led光源引发有机凝胶剂进行聚合反应，得到离子凝胶。反应条件为：紫外光波长为365nm，光强为80mw/cm2，光照时间为30min。
[0068]
(2)阴极5的制备：称取适量的氯化铁(氯化铁与碳纸的质量比为1：1)溶于无水乙醇，将0.1mm碳纸浸于溶液中，超声20min，常温放置，待乙醇完全挥发，25℃条件下干燥至质量不再变化，随后在管式炉中以10℃/min的升温速度升温至220℃，保温1h，最后用丙酮和去离子水清洗。
[0069]
(3)电化学法降解气态和液态污染物的装置的组装：参见图1和图2，仅为阳极3、离子导体4和阴极5的一组组合，将步骤(1)制备的离子导体4与阳极3和步骤(2)制备的阴极5通过柱状螺丝和螺栓在外壳1中压缩固定，离子导体4置于橡胶垫片6中，提高装置的气密性。在阳极3、离子导体4和阴极5选用正方形片状电极时，阳极3、离子导体4和阴极5尺寸均为(40mm
×
40mm)，阳极3材料为不锈钢。同时将阳极3或阴极5通过导线8分别连接直流电源2的正、负极，入口121和出口122分别设置在外壳1对应阴极5的前后面，使气体或液体从入口121进入，经过阴极5从出口122流出。
[0070]
(4)利用步骤(3)装置进行电化学法降解气态污染物的方法：向入口121中通入含有甲苯的空气，气体的流速为10ml
·
min-1
，气体湿度为50％，气体中氧气含量为20v％，气态污染物甲苯的浓度为20ppm，阳极3和阴极5之间施加100v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，含有气态污染物的气体通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在湿气和催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将气态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。气体污染物通过并利用宏图sp-502型气相色谱仪(gc)检测稳定反应时出口122气体污染物的浓度，在空气压力0.1mpa，气化室温度120℃，柱温100℃，催化性能参见表1。
[0071]
(5)利用步骤(3)装置进行电化学法降解液态污染物的方法：向入口121中通入头孢氨苄溶液，液体的流速为10ml
·
min-1
，溶液浓度为30mg/l，阳极3和阴极5之间施加100v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，头孢氨苄溶液通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将液态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。液体污染物通过并利用高效液相色谱(hplc)测量，流动相为乙腈和0.1m kh2po4溶液，流速为1ml
·
min-1
，测定波长为254nm，进样体积为20μl，催化性能参见表1。
[0072]
实施例3
[0073]
(1)离子导体4的制备：
[0074]
将2g琼脂、28.636g丙烯酸、1.364g甲基丙烯酸十八酯烷基(丙烯酸的1mol％)和20.685g硝酸锂混合，加热至95℃，磁力搅拌均匀。然后将阔叶木浸泡于溶液中，利用led光源引发有机凝胶剂进行聚合反应，得到离子凝胶。反应条件为：紫外光波长为365nm，光强为80mw/cm2，光照时间为30min。
[0075]
(2)阴极5的制备：称取适量的氯化铁(氯化铁与碳纸的质量比为1：1)溶于无水乙醇，将0.1mm碳纸浸于溶液中，超声20min，常温放置，待乙醇完全挥发，25℃条件下干燥至质量不再变化，随后在管式炉中以10℃/min的升温速度升温至220℃，保温1h，最后用丙酮和去离子水清洗。
[0076]
(3)电化学法降解气态和液态污染物的装置的组装：参见图1和图2，仅为阳极3、离子导体4和阴极5的一组组合，将步骤(1)制备的离子导体4与阳极3和步骤(2)制备的阴极5通过柱状螺丝和螺栓在外壳1中压缩固定，离子导体4置于橡胶垫片6中，提高装置的气密性。在阳极3、离子导体4和阴极5选用长方形片状电极时，阳极3、离子导体4和阴极5尺寸均为(40mm
×
40mm)，阳极3材料为不锈钢。同时将阳极3或阴极5通过导线8分别连接直流电源2的正、负极，入口121和出口122分别设置在第二壳体12对应阴极5的前后面，使气体或液体从入口121进入，经过阴极5从出口122流出。
[0077]
(4)利用步骤(3)装置进行电化学法降解气态污染物的方法：向入口121中通入含有环己酮的空气，气体的流速为10ml
·
min-1
，气体湿度为50％，气体中氧气含量为20v％，气态污染物环己酮的浓度为20ppm，阳极3和阴极5之间施加200v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，含有气态污染物的气体通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在湿气和催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将气态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。气体污染物通过并利用宏图sp-502型气相色谱仪(gc)检测稳定反应时出口122气体污染物的浓度，在空气压力0.1mpa，气化室温度120℃，柱温100℃，催化性能参见表1。
[0078]
(5)利用步骤(3)装置进行电化学法降解液态污染物的方法：向入口121中通入2，4-二氯苯氧乙酸溶液，液体的流速为15ml
·
min-1
，溶液浓度为40mg/l，阳极3和阴极5之间施加200v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，2，4-二氯苯氧乙酸溶液通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将液态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。液体污染物通过并利用高效液相色谱(hplc)测量，流动相为75％甲醇和25％水(含5％纯乙酸)，流速为1ml
·
min-1
，测定波长为284nm，进样体积为20μl，催化性能参见表1。
[0079]
实施例4
[0080]
(1)离子导体4的制备：将6g磷酸镁与丙烯酸丁酯按照质量比1：4混合，加入5mg交联剂pegda和24mg光引发剂1173，加热到70℃，磁力搅拌均匀。然后将蜂窝活性炭浸泡于溶液中，利用led光源引发有机凝胶剂进行聚合反应，得到离子凝胶。反应条件为：紫外光波长为365nm，光强为80mw/cm2，光照时间为30min。
[0081]
(2)阴极5的制备：称取适量的氯化铁(氯化铁与活性炭碳布的质量比为2：1)溶于无水乙醇，将10mm活性炭碳布浸于溶液中，超声30min，常温放置，待乙醇完全挥发，30℃条件下干燥至质量不再变化，随后在管式炉中以10℃/min的升温速度升温至220℃，保温3h，
最后用丙酮和去离子水清洗。
[0082]
(3)电化学法降解气态和液态污染物的装置的组装：参见图1和图2，仅为阳极3、离子导体4和阴极5的一组组合，将步骤(1)制备的离子导体4与阳极3和步骤(2)制备的阴极5通过柱状螺丝和螺栓在外壳1中压缩固定，离子导体4置于橡胶垫片6中，提高装置的气密性。在阳极3、离子导体4和阴极5选用正方形片状电极时，阳极3、离子导体4和阴极5尺寸均为(40mm
×
40mm)，阳极3材料为不锈钢。同时将阳极3或阴极5通过导线8分别连接直流电源2的正、负极，入口121和出口122分别设置在第二壳体12对应阴极5的前后面，使气体或液体从入口121进入，经过阴极5从出口122流出。
[0083]
(4)利用步骤(3)装置进行电化学法降解气态污染物的方法：向入口121中通入含有丙酮的空气，气体的流速为10ml
·
min-1
，气体湿度为50％，气体中氧气含量为20v％，气态污染物丙酮的浓度为30ppm，阳极3和阴极5之间施加300v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，含有气态污染物的气体通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在湿气和催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将气态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。气体污染物通过并利用宏图sp-502型气相色谱仪(gc)检测稳定反应时出口122气体污染物的浓度，在空气压力0.1mpa，气化室温度120℃，柱温100℃，催化性能参见表1。
[0084]
(5)利用步骤(3)装置进行电化学法降解液态污染物的方法：向入口121中通入四氯双酚溶液，液体的流速为10ml
·
min-1
，溶液浓度为50mg/l，阳极3和阴极5之间施加300v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，四氯双酚溶液通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将液态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。液体污染物通过并利用高效液相色谱(hplc)测量，流动相为75％甲醇和25％水(含5％纯乙酸)，流速为1ml
·
min-1
，测定波长为284nm，进样体积为20μl，催化性能参见表1。
[0085]
实施例5
[0086]
(1)离子导体4的制备：将6g硫酸钙与丙烯酰胺按照质量比1：6混合，加入7mg的交联剂pegda和0.432g光引发剂1173，加热到90℃，磁力搅拌均匀。然后将青木浸泡于溶液中，利用led光源引发有机凝胶剂进行聚合反应，得到离子凝胶。反应条件为：紫外光波长为365nm，光强为80mw/cm2，光照时间为30min。
[0087]
(2)阴极5的制备：称取适量的氯化铁(氯化铁与石墨毡的质量比为7：2)溶于无水乙醇，将20mm石墨毡浸于溶液中，超声60min，常温放置，待乙醇完全挥发，50℃条件下干燥至质量不再变化，随后在管式炉中以10℃/min的升温速度升温至220℃，保温4h，最后用丙酮和去离子水清洗。
[0088]
(3)电化学法降解气态和液态污染物的装置的组装：参见图1和图2，仅为阳极3、离子导体4和阴极5的一组组合，将步骤(1)制备的离子导体4与阳极3和步骤(2)制备的阴极5通过柱状螺丝和螺栓在外壳1中压缩固定，离子导体4置于橡胶垫片6中，提高装置的气密性。在阳极3、离子导体4和阴极5选用正方形片状电极时，阳极3、离子导体4和阴极5尺寸均为(40mm
×
40mm)，阳极3材料为不锈钢。同时将阳极3或阴极5通过导线8分别连接直流电源2的正、负极，入口121和出口122分别设置在外壳1对应阴极5的前后面，使气体或液体从入口121进入，经过阴极5从出口122流出。
[0089]
(4)利用步骤(3)装置进行电化学法降解气态污染物的方法：向入口121中通入含有正己烷的空气，气体的流速为20ml
·
min-1
，气体湿度为50％，气体中氧气含量为20v％，气态污染物正己烷的浓度为60ppm，阳极3和阴极5之间施加360v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，含有气态污染物的气体通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在湿气和催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将气态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。气体污染物通过并利用宏图sp-502型气相色谱仪(gc)检测稳定反应时出口122气体污染物的浓度，在空气压力0.1mpa，气化室温度120℃，柱温100℃，催化性能参见表1。
[0090]
(5)利用步骤(3)装置进行电化学法降解液态污染物的方法：向入口121中通入四环素溶液，液体的流速为20ml
·
min-1
，溶液浓度为60mg/l，阳极3和阴极5之间施加360v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，四环素溶液通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将液态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。液体污染物通过并利用高效液相色谱(hplc)测量，流动相为乙腈和0.1m kh2po4溶液，流速为1ml
·
min-1，，测定波长为254nm，进样体积为20μl，催化性能参见表1。
[0091]
实施例6
[0092]
采用实施例4相同的离子导体4和阴极5制备方法：
[0093]
(1)离子导体4的制备：将6g硫酸钙与丙烯酰胺按照质量比1：6混合，加入7mg的交联剂pegda和0.432g光引发剂1173，加热到90℃，磁力搅拌均匀。然后将青木浸泡于溶液中，利用led光源引发有机凝胶剂进行聚合反应，得到离子凝胶。反应条件为：紫外光波长为365nm，光强为80mw/cm2，光照时间为30min。
[0094]
(2)阴极5的制备：称取适量的氯化铁(氯化铁与石墨毡的质量比为7：2)溶于无水乙醇，将20mm石墨毡浸于溶液中，超声60min，常温放置，待乙醇完全挥发，50℃条件下干燥至质量不再变化，随后在管式炉中以10℃/min的升温速度升温至220℃，保温4h，最后用丙酮和去离子水清洗
[0095]
(3)电化学法去除气态污染物装置的组装：可以参见图3，为阳极3、离子导体4和阴极5的三组组合，将步骤(1)制备的离子导体4与阳极3和步骤(2)制备的阴极5通过柱状螺丝和螺栓在外壳1中压缩固定，离子导体4置于橡胶垫片6中，提高装置的气密性。每一组合之间阴极5与阴极5之间通过导线8连接，阳极3与阳极3之间通过导线8相连，构成一个整体。在阳极3、离子导体4和阴极5选用长方形片状电极时，阳极3、离子导体4和阴极5尺寸均为(40mm
×
40mm)，阳极3材料为不锈钢。同时将阳极3或阴极5通过导线8分别连接直流电源2的正、负极，入口121和出口122分别设置在第二壳体12对应阴极5的前后面，使气体或液体从入口121进入，经过阴极5从出口122流出。
[0096]
(4)利用步骤(3)装置进行电化学法降解气态污染物的方法：向入口121中通入含有正己烷的空气，气体的流速为20ml
·
min-1
，气体湿度为50％，气体中氧气含量为20v％，气态污染物正己烷的浓度为60ppm，阳极3和阴极5之间施加360v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，含有气态污染物的气体通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在湿气和催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将气态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。气体污染物通过并利用宏
图sp-502型气相色谱仪(gc)检测稳定反应时出口122气体污染物的浓度，在空气压力0.1mpa，气化室温度120℃，柱温100℃，催化性能参见表1。
[0097]
(5)利用步骤(3)装置进行电化学法降解液态污染物的方法：向入口121中通入四环素溶液，液体的流速为20ml
·
min-1
，溶液浓度为60mg/l，阳极3和阴极5之间施加360v的直流电压，控制反应过程的温度为20℃，四环素溶液通过入口121通入装置，阴极5通过吸附作用将污染物吸附，在催化剂的作用下，阴极5表面及内部形成许多反应位点并通过直接氧化和间接氧化将液态污染物最终降解为h2o和co2，并通过出口122流出。液体污染物通过并利用高效液相色谱(hplc)测量，流动相为乙腈和0.1m kh2po4溶液，流速为1ml
·
min-1
，测定波长为254nm，进样体积为20μl，催化性能参见表1。
[0098]
表1实施例1至实施例6的气态和液态污染物的降解率
[0099][0100]
由表1可以看出，实施例5的电化学法降解气态和液态污染物装置与实施例6的电化学法降解气态和液态污染物装置组合相比，实施例6降解四环素和正己烷的效果要优于实施例5的效果，这是因为电化学法降解气态和液态污染物装置串联组合提高了反应的接触面积，从而提高了四环素和正己烷降解率。
[0101]
本发明采用了反应降解技术，能够有效降解如甲醛等气态污染物和罗丹明b等液态污染物，不受液态电解质的限制，克服了生物法、吸附法等适用范围窄、存在二次污染的问题。并且，本发明的装置对阳极3材料要求不高，主要是离子导体4和阴极5材料的制备，且含铁催化剂和金属氧化物催化剂的活性均较高，同时均具有较好的稳定性，有助于污染物去除率的提高。此外，该催化剂能够高效催化分解多种气态污染物和液态污染物，应用范围较广。
[0102]
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所揭示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。