申请日2009.10.15
公开(公告)日2010.03.17
IPC分类号C02F9/08; C02F1/30; C02F1/461
摘要
本发明属于用电化学方法处理有机污染废水技术领域，具体涉及一种处理废水的微波电化学方法及其装置。本发明在微波作用下工作稳定的掺硼金刚石膜电极作为电化学降解处理的阳极材料。所使用的装置包括恒温槽、蠕动泵、流量计、反应器、掺硼金刚石膜电极(阳极)、钛电极(阴极)、微波炉。本发明借助微波促进有机污染物的传质过程，同时活化掺硼金刚石膜电极，增加电极的活性，加快电化学氧化反应速率。与单纯电化学氧化相比，在相同时间内对2，4-二氯苯氧乙酸的去除率提高了152%。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、一种处理废水的微波电化学方法，其特征在于具体步骤如下：
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;当待 处理水样体积在200-300ml时，阳极和阴极的面积均为20-30cm2，阴极和阳极间距为1-3cm， 电流密度为5-60mA/cm2。
2、根据权利要求3所述的处理废水的微波电化学方法，其特征在于所述恒电流降解 处理时间为2-5h。
3、根据权利要求3所述的处理废水的微波电化学方法，其特征在于当待处理水样体 积为200-300ml时，微波炉的功率为110-200W。
4、根据权利要求3所述的处理废水的微波电化学方法，其特征在于所述待处理水样 包括：高浓度染料废水、具有毒性的PAE类污染物或氧化电位高难以电化学降解污染物中 任一种。
5、一种处理废水的微波电化学装置，包括反应器(1)、阳极(2)、阴极(3)、直流电源(4)、 蠕动泵(5)、流量计(6)、恒温槽(7)和管道(8)，其特征在于阳极(2)、阴极(3)分别插入反应器 (1)内，阳极(2)和阴极(3)通过直流电源(4)连接，反应器(1)安置于微波炉中，管道(8)一端插 入反应器(1)内，另一端依次穿过蠕动泵(5)、流量计(6)、恒温槽(7)，插入反应器(1)，实现 流动循环进样降解。
6、根据权利要求1所述的处理废水的微波电化学装置，其特征在于所述阴极(3)为钛 电极、铂电极或不锈钢电极中任一种，所述阳极(2)为掺硼金刚石膜电极。
说明书
一种处理废水的微波电化学方法及其装置
技术领域
本发明属于用电化学方法处理有机污染废水技术领域，具体涉及一种处理废水的微波 电化学方法及其装置。
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。
高级氧化技术是一类目前被认为具有良好发展前景的热门研究技术，主要包括湿式催 化氧化、光催化氧化、电催化氧化、微波、声化学氧化、臭氧氧化、超临界水氧化等。这 些技术对某些种类的有机污染物有较好的降解效果，可以达到完全降解或转变成可以生物 降解的产物再采取后续处理的目的，但往往存在如下问题：采用单一氧化技术时，降解效 率较低，废水成分复杂时效果不理想等缺陷。因此有必要发展这些高级氧化技术的联用或 协同作用。
将电化学氧化与微波技术有机组合成为微波活化电化学氧化方法是一种解决上述问 题的新型方法，它并不是电化学氧化与微波氧化的简单叠加。利用这种方法降解有机污染 物，除了发挥这两种技术自身的作用，还有两者相结合的耦合作用，所以降解效果非常理 想。
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。
发明内容
现有的单一电化学氧化技术存在降解效率低，电极容易失活等缺点。本发明的目的是 提供一种可以高效处理难生物降解有机废水的微波电化学方法及其装置。
本发明提出的处理废水的微波电化学方法，具体步骤如下：
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;当待 处理水样体积在200-300ml时，阳极和阴极的面积均为20-30cm2，阴极和阳极间距为1-3cm， 电流密度为5-60mA/cm2。
本发明中，所述恒电流降解处理时间为2-5h。
本发明中，当待处理水样体积为200-300ml时，微波炉的功率为110-200W。
本发明中，所述待处理水样包括：高浓度染料废水、具有毒性的PAE类污染物、氧 化电位高难以电化学降解污染物等，具体包括2，4-二氯苯氧乙酸、甲基橙、邻苯二甲酸。
本发明提出的处理废水的微波电化学装置，包括反应器1、阳极2、阴极3、直流电 源4、蠕动泵5、流量计6、恒温槽7和管道8，其中：阳极2、阴极3分别插入反应器1 内，阳极2和阴极3通过直流电源4连接，反应器1安置于微波炉中，管道8一端插入反 应器1内，另一端依次穿过蠕动泵5、流量计6、恒温槽7，插入反应器1，实现流动循环 进样降解。
本发明中，所述阴极3为钛电极、铂电极或不锈钢电极中任一种，所述阳极2为掺硼 金刚石膜电极。其中金刚石膜电极是采用化学气相沉积(CVD)法在硅基底上沉积高掺硼 的金刚石薄膜。(相关文献：Einaga Y，Sato R，Olivia H，et al.Modified diamond electrodes for electrolysis and electroanalysis applications.Electrochimica Acta.，2004， Vol.49(22-23)：3989～3995.)。
使用该装置对2，4-二氯苯氧乙酸、甲基橙、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。与单独电化学 氧化相比，相同时间内的去除率分别提高了119%-180%。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.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。
2.本发明采用了微波技术与电化学氧化的组合方法。微波的热效应可以增强电化学 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; 同时能够减缓电极的钝化，使电极表面保持较多的活性位点，从而可以活化电极表面，使 电极保持较好的活性;此外微波还会促进羟基自由基的产生，加快降解速率。因此微波强 化电化学氧化技术具有氧化效率高、应用范围广的特点。
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， 是电化学氧化与微波组合新方法的理想阳极材料。
