申请日2011.05.03
公开(公告)日2012.11.07
IPC分类号C02F1/461; C02F1/72; C02F101/34; C02F101/36; C02F1/30
摘要
本发明涉及一种处理有机废水的微波电芬顿法及装置，在微波作用下采用掺硼金刚石膜电极作为电化学降解处理的阳极材料，通过电化学方法将有机污染废水进行高效处理。本发明利用掺硼金刚石膜电极在含二价铁离子的废水体系中持续产生氧化能力极强的羟基自由基，同时借助微波的热效应和非热效应原位活化掺硼金刚石膜电极，增加电极的活性，并且促进了有机污染物在降解过程中的传质过程，因而强化了电芬顿反应的氧化能力，有效地加快了矿化反应速率。与传统的芬顿和电芬顿法相比，处理效果得到了有效的增强，本方法操作简便，对有机废水的处理效果好，具有广阔的应用前景和开发潜力。
权利要求书
1.一种处理有机废水的微波电芬顿法，其特征在于，微波电芬顿法包括以下 步骤：打开蠕动泵使含二价铁离子的污水从存储池进入反应器，通过流量计控制其 流量，然后在阳极和阴极间施加电压进行恒电流降解，同时启动微波炉施加微波强 化电化学降解，根据待处理水样的情况，调节浸入水体中的电极实际工作面积、极 间距、电流密度以及微波的功率即可。
2.根据权利要求1所述的一种处理有机废水的微波电芬顿法，其特征在于， 所述的污水为含高浓度、高毒性以及难生物降解的污染物的污水。
3.根据权利要求1所述的一种处理有机废水的微波电芬顿法，其特征在于， 所述的污水中污染物的浓度为50-1000mg L-1。
4.一种如权利要求1所述的处理有机废水的微波电芬顿法用的装置，其特征 在于，该装置包括空气曝气装置(1)、温度计(2)、存储池(3)、流量计(4)、直流电源 (5)、阴极(6)、阳极(7)、蠕动泵(8)、微波炉(9)、冷凝管(10)及反应器(11)，所述的 阴极(6)、阳极(7)分别插入反应器(11)内，阳极(7)和阴极(6)通过直流电源(5)连接， 反应器(11)安置于微波炉(9)中，管道一端插入反应器(11)内，另一端依次穿过蠕动 泵(8)、流量计(4)、冷凝管(10)，插入存储池(3)内，实现流动循环进样降解，所述 的曝气装置(1)、温度计(2)插设在存储池(3)内，所述的存储池(3)与反应器(11)之间 的连接管道上设有流量计(4)，所述的阴极为钛电极、铂电极或不锈钢电极中任一 种，所述的阳极为掺硼金刚石膜电极，恒电流降解的处理时间为1-5h，微波炉的 功率为110-200W，阳极和阴极的面积均为2-20cm2，阴极和阳极间距为1-3cm，电 流密度为5-80mA/cm2，处理的废水中的Fe2+的浓度为0.05-0.5mmol/L，废水的处 理量为90-400ml。
说明书 [支持框选翻译]
一种处理有机废水的微波电芬顿法及装置
技术领域
本发明涉及用电化学方法处理有机污染废水技术领域，尤其是涉及一种处理 有机废水的微波电芬顿法及装置。
背景技术
随着社会工业化的不断发展，全球的环境问题日渐突出，尤其是大量工农业污 水和生活废水的排放使得水体遭受到有机物的严重污染;由于有机污染物呈现出种 类繁多、物质结构复杂、有毒有害性强、浓度高等一系列特点，因此近些年来如何 处理水体中的难生物降解有机污染物是环保研究中的重点和难点。
近年来，以臭氧氧化、电化学氧化、光催化氧化、超声协同氧化等为代表的高 级氧化技术的出现为我们提供了处理水体中污染物的新思路。高级氧化技术最显著 的特点是以羟基自由基为主要氧化剂，该技术通过由不同途径产生的羟基自由基诱 发一系列自由基链反应，无选择地直接攻击水体中的各种污染物，直至将其降解为 CO2、H2O和其他矿物盐。由于羟基自由基比其它常见的氧化剂具有更高的标准电 极电势(2.80V，仅次于氟2.87V)，氧化能力极强，反应活性极高，是水处理过程 所需的理想氧化剂，所以不断提高羟基自由基的生成率和利用率是高级氧化技术的 重要课题。
电芬顿法可原位产生H2O2，只需在体系中加入少量的Fe2+即可持续产生大 量·OH，费用低廉和操作简便，是一种很有发展潜力的废水处理方法。但是，在此 过程中，H2O2的产生和利用率不高，部分Fe2+会与降解中间产物形成络合物，阻 碍了Fe2+的循环利用，影响了·OH的产量，从而降低了电芬顿法的降解效果。因此 发展电芬顿与其他氧化技术的联用是非常必要的。
将电芬顿氧化与微波技术有机组合成为微波活化电芬顿氧化方法是一种解决 上述问题的新型方法，它并非电芬顿氧化与微波氧化的简单叠加，而是两种技术的 协同作用。利用这种方法降解有机污染物，除了发挥两种技术各自的优势，还通过 耦合作用，得到了高效的降解效果。
电极材料是电化学氧化技术的核心，选用的电极必须具有氧化能力强、可以在 微波环境下持续工作这两个特点。传统的碳电极和金属氧化物电极在微波作用下极 易损坏，工作寿命有限;而金属电极则对污染物的氧化降解能力不强。而且这些电 极表面容易污染，因此不是电化学氧化与微波技术组合的理想电极材料。而采用微 波等离子体气相沉积法制备得到的BDD电极，其电化学性质稳定，氧化能力强，适合于 在微波环境中使用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氧化效率 高、应用范围广的处理废水的微波电芬顿法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
打开蠕动泵使污水从存储池进入反应器，通过流量计控制其流量，然后在阳极 和阴极间施加电压进行恒电流降解，同时启动微波炉施加微波强化电化学降解，根 据待处理水样的情况，调节浸入水体中的电极实际工作面积、极间距、电流密度以 及微波的功率即可。
所述的污水的处理量为90-400ml，Fe2+的浓度为0.05-0.5mmol/L，阳极和阴极 的面积均为2-20cm2，阴极和阳极间距为1-3cm，电流密度为5-80mA/cm2。
所述的恒电流降解的处理时间为2-5h。
所述的污水的处理量为200-300ml，微波炉的功率为110-200W。
所述的污水为高浓度、高毒性以及难生物降解的污染物中任一种。
该装置包括空气曝气装置、温度计、存储池、流量计、直流电源、阴极、阳极、 蠕动泵、微波炉、冷凝管及反应器，所述的阴极、阳极分别插入反应器内，阳极和 阴极通过直流电源连接，反应器安置于微波炉中，管道一端插入反应器内，另一端 依次穿过蠕动泵、流量计、冷凝管，插入存储池内，实现流动循环进样降解，所述 的曝气装置、温度计插设在存储池内，所述的存储池与反应器之间的连接管道上设 有流量计。
所述的阴极为钛电极、铂电极或不锈钢电极中任一种。
所述的阳极为掺硼金刚石膜电极。
与现有技术相比，本发明使用该装置对甲基橙、2，4-二氯苯氧乙酸、邻苯 二甲酸和苯甲酸等有机废水进行处理发现，以掺硼金刚石膜电极的微波电化学新方 法的降解效果非常理想。与单独电芬顿氧化相比，相同时间内的去除率分别提高了 50%～160%，具有如下优点：
(1)本发明采用了微波技术与电芬顿氧化的协同方法。微波增强了电化学反 应过程中电极与溶液之间的固液传质过程，充分发挥金刚石膜电极氧化能力强的特 点;同时增强电芬顿反应过程中过氧化氢的生成与消耗，加速Fe2+络合物的分解， 提高Fe2+的再生速率，有效促进电芬顿的反应速率;并减缓电极的钝化，使电极表 面保持较多的活性位点，达到活化电极表面，保持电极活性的效果;微波有效地促 进了羟基自由基的产生，加快降解速率，因此微波强化电芬顿氧化技术具有氧化效 率高、应用范围广的特点。
(2)由于本发明采用了掺硼金刚石膜电极为阳极材料，这种电极具有电势窗 口宽、背景电流低、表面状态稳定、重现性好和耐腐蚀等其他电极所不具备的优点， 通过直接氧化和产生羟基自由基的间接氧化可以达到普通电极难以比拟的降解效 果。
(3)掺硼金刚石膜电极非常稳定，不易被微波损坏，适合于在微波环境中长 期工作，是电芬顿氧化与微波组合新方法的理想阳极材料。
