申请日2009.10.15
公开(公告)日2011.06.22
IPC分类号C02F9/10; C02F1/461; C02F1/72; C02F1/02
摘要
本发明涉及一种处理废水的电催化湿式过氧化氢氧化装置及方法。本方法所使用的装置包括高压反应釜、加热器、温度控制器、磁力搅拌器、压力表、液相取样阀门、气相取样阀门，可更换的阳极电极和阴极电极。本发明将纳米铂电极作为湿式催化氧化的电催化剂应用到有机难生化降解的污染物中去，对比普通纳米铂催化剂催化湿式过氧化氢方法来说，加快了有机污染物的氧化反应速率和矿化速率，降低了初始反应物的氧化活化能。在相同时间，不同温度下，2，4-二氯苯氧乙酸的TOC去除率提高了80-93%。本方法所使用装置阳极为可更换阳极，可以将常用的平板电极，诸如掺硼金刚石膜电极，二氧化铅电极，二氧化锡电极等应用到该废水处理方法中。本工艺操作简便，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。
翻译权利要求书
1.一种处理废水的电催化湿式过氧化氢氧化方法，其特征在于具体步骤如下：
将待处理废水置于高压反应釜(3)内，高压反应釜(3)与待处理废水均预热到所需温度，向高压反应釜(3)内加入双氧水，通氮气5-7分钟，以达到除去反应体系中氧气的目的，然后充入N2使体系达到反应所需要的压力，压力为0-2MPa;温度控制器(2)控制反应体系所需温度，在阴极电极(4)和阳极电极(5)间施加电压，在恒电流状态下，使电催化湿式过氧化氢氧化降解反应得以进行;其中：当水样体积为200-450ml时，阳极电极(5)和阴极电极(4)的面积均为5-40cm2，阳极电极(5)与阴极电极(4)的间距为1.5-2cm，电流密度为2-40mA/cm2，温度为20-150℃，压力为0-2MPa;所述阳极电极(5)采用纳米铂电极。
2.根据权利要求1所述的处理废水的电催化湿式过氧化氢氧化方法，其特征在于所述恒电流降解处理时间为1-7h。
3.一种如权利要求1所述的处理废水的电催化湿式过氧化氢氧化方法所使用的装置，包括温度探头(1)、温度控制器(2)、高压反应釜(3)、阴极电极(4)、阳极电极(5)、磁力搅拌器(6)、压力表(7)、液相取样阀门(8)、气相取样阀门(9)和加热器(10);其特征在于：阴极电极(4)和阳极电极(5)插入高压反应釜(3)内，高压反应釜(3)放置于加热器(10)内，加热器(10)放置于磁力搅拌器(6)上，温度探头(1)插入加热器(10)内，加热器(10)下方一侧连接温度控制器(2)，高压反应釜(3)釜顶设有管道孔，第一管道一端通过管道孔插入高压反应釜(3)的待处理废水内，第一管道另一端连接液相取样阀门(8)，第二管道一端通过管道孔插入高压反应釜(3)内，另一端依次连接压力表(7)和气相取样阀门(9);阴极电极(4)和阳极电极(5)分别连接电源的负极、正极;所述阳极电极(5)采用纳米铂电极。
4.根据权利要求3所述的处理废水的电催化湿式过氧化氢氧化方法所使用的装置，其特征在于所述阴极电极(4)采用钛电极或不锈钢电极。
说明书
一种处理废水的电催化湿式过氧化氢氧化方法及其装置
技术领域
本发明属于有机污染废水处理技术领域，具体涉及一种处理废水的电催化湿式过氧化氢氧化方法及其装置。
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、声化学氧化、臭氧氧化、超临界水氧化等。其中对于难生化降解的污染物，湿式氧化(Wet Oxidation)技术是一种高效的矿化处理方法。由于其湿式氧化通常需要在高温高压下进行，因此，在此基础上发展出催化湿式氧化技术(Catalytic Wet Oxidation，简称CWO)技术。由于其效率高、无二次污染等特点，因此广泛应用于焦化废水、含酚废水、染料废水、造纸废水等多种工业废水的处理。
通常，在催化湿式氧化技术中所使用的催化剂可以是均相催化剂，例如Fe3+和Cu2+等过渡金属离子，这些金属离子能催化湿式氧化反应的快速进行，但是由于离子直接加入溶液中，易造成金属离子的二次污染和后处理的困难等问题。反应也可采用异相催化剂，然而，在CWO技术中应用这类催化剂同样尚存在两方面的问题。一是采用粉末状、颗粒状的固相催化剂，分离都较为困难，为此有时采用贵金属负载型催化剂或过渡金属氧化物负载型的催化剂，但相对后续处理均较为繁琐;二是在催化湿式氧化过程中，反应过程中常伴随有机酸生成，固体催化剂尤其金属氧化物易被溶蚀，造成催化剂的流失，由此会造成的二次污染。但目前尚未能很好解决这类高效催化剂的分离和流失问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理废水的电催化湿式过氧化氢氧化方法及其装置。
本发明提出的处理废水的电催化湿式过氧化氢氧化方法，具体步骤如下：
将待处理废水置于高压反应釜3内，高压反应釜3与待处理废水均预热到所需温度，向高压反应釜3内加入双氧水，双氧水投加量视反应体系所需，通氮气(N2)5-7分钟，以达到除去反应体系中氧气的目的，然后充入N2使体系达到反应所需要的压力，压力范围0-2MPa;温度控制器2控制反应所需温度，在阴极电极4和阳极电极5间施加电压，在恒电流状态下，使电催化湿式过氧化氢氧化降解得以进行;其中：当水样体积为200-450ml时，阳极电极和阴极电极的面积均为5-40cm2，阳极电极与阴极电极的间距为1.5-2cm，电流密度为2-40mA/cm2，温度为20-150℃，压力为0-2MPa。
本发明中，液相取样阀门8可以实时取样监控反应器中废水的处理程度，气相取样阀门9可以控制高压反应釜内的压力，温度控制器2控制整个反应体系的温度，磁力搅拌器6可以调节反应体系的搅拌程度。
本发明中，所述恒电流降解处理时间为1-7h。
本发明中，待处理废水包括难以生化降解污染物，具体有2，4-二氯苯氧乙酸，甲基橙等。
本发明提出的高效处理废水的电催化湿式过氧化氢氧化所使用的装置，包括温度探头1、温度控制器2、高压反应釜3、阴极电极4、阳极电极5、磁力搅拌器6、压力表7、液相取样阀门8、气相取样阀门9和加热器10;阴极电极4和阳极电极5插入高压反应釜3内，高压反应釜3放置于加热器10内，加热器10放置于磁力搅拌器6上，温度探头1插入加热器10内，加热器10下方一侧连接温度控制器2，高压反应釜3釜顶设有管道孔，第一管道一端通过管道孔插入高压反应釜3的待处理废水内，第一管道另一端连接液相取样阀门8，第二管道一端通过管道孔插入高压反应釜3内，另一端依次连接压力表7和气相取样阀门9;阴极电极4和阳极电极5分别连接电源的负极、正极。
本发明中，所述阳极电极5采用纳米铂电极。
本发明中，所述阴极电极4采用钛电极或不锈钢电极。
使用该装置应用于2，4-二氯苯氧乙酸的处理中，在相同时间，不同温度下，2，4-二氯苯氧乙酸的TOC去除率提高了60-93%。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.由于本发明采用了纳米铂电极作为电催化的催化阳极，应用到湿式过氧化氢氧化处理降解有机废水的处理中去，充分利用了纳米铂良好的电催化特性，在相对低的电流密度的条件下，此电催化剂仍然对湿式过氧化氢氧化降解有机污染物具有较好的催化效果。
2.本发明采用了应用纳米铂电极代替催化湿式过氧化氢氧化方法中的固相催化剂或金属离子催化剂。由于电催化剂可以负载到导电的基体材料上，做成块状或片状等电极，与反应体系分离简单易行，能够容易解决催化剂分离困难的问题。采用那些本身在通电下为不溶性的、且对有机物氧化反应具有良好催化性能和电催化氧化性能的材料作为电催化剂，不仅有可能对湿式过氧化氢反应同样起到催化作用，而且可以避免催化剂流失、造成二次污染的问题。
3.高压反应釜内所插入的绝缘的可更换的阴极电极夹和阳极电极夹，可将不同的电催化物种应用电极上，然后应用到湿式催化过氧化氢氧化处理污染物的反应中，有很好的装置拓展性。
