申请日2006.11.28
公开(公告)日2007.07.11
IPC分类号C25B9/16; C02F1/461
摘要
一种用于处理有机废水的流化床电极反应器，属于流化床电极技术领域。该反应器由床体(4)、阳极板(7)、阴极板(8)、预分器(2)、布水器(3)、粒子电极(5)、石棉隔膜(9)、水泵和直流电源构成;最下端是入水口(1)，与其相连的是预分器(2)，在预分器(2)与床体之间是布水器(3)，在床体上部有两个出水口(6);阳极板(7)、阴极板(8)平行分布在床体两侧，分别与直流电源的正负极相连，在阴极板附近有石棉隔膜(9)，粒子电极(5)分布在阳极板和阴极板之间。本发明的优点在于，综合了所有有利于产生强氧化性基团的有利条件，以期达到电解处理效率最高，经济合理的标准。
权利要求书
1.一种用于处理有机废水的流化床电极反应器，其特征在于，该 反应器由床体(4)、阳极板(7)、阴极板(8)、预分器(2)、布水器(3)、 粒子电极(5)、石棉隔膜(9)、水泵和直流电源构成;最下端是入水口 (1)，与其相连的是预分器(2)，在预分器(2)与床体之间是布水器(3)， 在床体上部有两个出水口(6);阳极板(7)、阴极板(8)平行分布在床 体两侧，分别与直流电源的正负极相连，在阴极板附近有石棉隔膜(9)， 粒子电极(5)分布在阳极板与阴极板之间;阴极板是钛板，阳极板是以 钛为基体的铱钽锡氧化物涂层钛电极IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti，包括纳米晶铱 钽锡氧化物涂层钛平板电极和铱钽锡氧化物涂层钛粒子电极，涂层晶粒 尺寸在5～40nm之间。
2.按照权利要求1所述的流化床电极反应器，其特征在于，纳米晶 铱钽锡氧化物涂层钛电极IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti涂层的溶液组成是： H2IrCl6溶液和TaCl5溶液中Ir∶Ta摩尔比为7∶6，H2IrCl6和TaCl5占总 物质的量30～95%，SnCl2·2H2O的物质的量占总物质的量5～70%。
3.按照权利要求1或2所述的流化床电极反应器，其特征在于，阳 极板(7)和粒子电极(5)采用热分解法制成，涂覆过程是将涂液刷涂 在钛板两面，浸涂于钛粒子表面，置烘箱中于90℃～150℃下烘干5～10 分钟，使有机溶剂挥发，再在马弗炉中在300℃～480℃温度下烧结5～ 40分钟的时间，使贵金属盐分解生成氧化物涂层;取出后空冷至室温， 重复以上步骤直至需要的厚度;最后置于马弗炉中在300℃～550℃的热 氧化温度下烧结0.5～2.0小时。
4.按照权利要求1所述的流化床电极反应器，其特征在于，粒子电 极(5)形状是球形或者椭圆形，直径为1～5mm。
5.按照权利要求1所述的流化床电极反应器，其特征在于，布水器 (3)上孔眼的直径为0.5～2.5mm，中间疏1～2.5mm，靠近电极板的 区域密0.5～1mm。
6.按照权利要求1所述的流化床电极反应器，其特征在于，预分器 (2)形状是锥斗状，锥斗锥角为50～150度。
说明书
一种用于处理有机废水 的流化床电极反应器
技术领域
本发明属于流化床电极技术领域，特别是提供了一种用于处理有机废水的流 化床电极反应器。采用流化床电极技术的流化床电极反应器装置，应用于有机废 水的处理。
背景技术
电解法处理有机废水，以其可控制性强，反应器设备简单，可降解难处理的 有机污染物，无二次污染而受到广泛的研究。目前所面临的主要是两个问题：1)提 高电极电催化性能和稳定性;2)设计合适的反应装置。对于后者，传统的电解装 置采用平板二维电极，电极面体比较小，单位槽体处理量小，电流效率低，尤其 是在电导率低时，需要提供较高的电压，造成电能消耗巨大。与传统二维电极相 比，三维电极电解床具有较高的面体比，电流效率高、时空产率大。因此，三维 电极是电解法走向工业实际应用的一个发展方向。
按照粒子材料的填充方式，三维电解反应器可以分为固定床和流动床。专利 CN1039545C发明一种板框式固定床电极电解槽，主要由两个终端室、多个阴极 室和多个阳极室组合而成;阴极室内或阳极室内充入金属丝网组成固定床工作电 极;电解液的流动方向与电流方向相垂直。结构简单，紧凑，有良好的电流电势 分布，又有较高的单程转化率。其不足在于长时间运行之后，因污染物及其转化 物往往会吸附或沉积在电极表面，容易引起电极堵塞，使处理效率逐渐降低，难 以使三维电极连续高效正常运转。专利CN1151084C发明一种三维电极反应器， 馈电极阴极和馈电极阳极有石墨和聚酯无纺布隔膜复合而成，粒子是以碳获/和铁 屑为基体，加入引发剂，粘结剂烧结而成。废水从上端进入，下端鼓入空气，通 过产生的H2O2和OH·氧化有机物。专利US3941669采用的结构与此类似，反 应器形状是圆柱形。此类反应器电解反应材料低廉，易得。但是石墨电极在这种 强氧化性的条件之下，会与析出的氧气发生反应。而且此类电极的氧化性不够强。 对于流动床电极，目前主要集中在含金属废水的治理上。直接应用在有机废水处 理上的研究较少。(板框式固定床电极电解槽及其工业应用，申请号93112449.2 专利号CN1039545C;三维电极反应器及其用于处理有机废水，申请号 02114740.X专利号CN1151084C;Fluidized bed electrode system，申请号 US19740466085 19740501专利号US3941669)
发明内容
本发明的目的是提供一种用于处理有机废水的流化床电极反应器。这种装置 的电极具有较强的氧化能力，并且可以产生强氧化性基团，通过二者协同氧化作 用，可以快速高效的氧化有机物，解决对有机物污染物电解处理效率不高的问题。
本发明的流化床电极反应器由床体4、阳极板7、阴极板8、预分器2、布水 器3、粒子电极5、石棉隔膜9、水泵和直流电源构成;最下端是入水口1，与其 相连的是预分器2，在预分器2与床体之间是布水器3，在床体上部有两个出水 口6;阳极板7、阴极板8平行分布在床体两侧，分别与直流电源的正负极相连， 在阴极板附近有石棉隔膜9，粒子电极5分布在阳极板与阴极板之间。阴极板是 钛板。阳极板是以钛为基体的铱钽锡氧化物涂层钛电极IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti，包括 纳米晶铱钽锡氧化物涂层钛平板电极和铱钽锡氧化物涂层钛粒子电极，涂层晶粒 尺寸在5～40nm之间。
本发明中纳米晶铱钽锡氧化物涂层钛电极IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti涂层的溶液组 成是：H2IrCl6溶液和TaCl5溶液中Ir∶Ta摩尔比为7∶6，H2IrCl6和TaCl5占总物 质的量30～95%，氯化亚锡(SnCl2·2H2O)的物质的量占总物质的量5～70%。
本发明中中阳极板7和粒子电极5采用热分解法制成，涂覆过程是将权利要 求2的涂液刷涂在钛板两面，浸涂于钛粒子表面，置烘箱中于90℃～150℃下烘 干5～10分钟，使有机溶剂挥发，再在马弗炉中在300℃～480℃温度下烧结5～ 40分钟的时间，使贵金属盐分解生成氧化物涂层;取出后空冷至室温，重复以上 步骤直至需要的厚度。最后置于马弗炉中在300℃～550℃的热氧化温度下烧结 0.5～2.0小时。如此制得的涂层晶粒尺寸在5～40nm之间。
本发明的粒子电极形状是球形或者椭圆形。直径一般为1～5mm。
本发明的布水器3上孔眼的直径为0.5～2.5mm，中间疏1～2.5mm，靠近 电极板的区域密0.5～1mm。
这样设计的布水器，在废水流过时，避免仅顺入水口方向流过，形成喷射。 另外，靠近电极板区域较多的网眼，使废水顺电极板流过，使形成的强氧化基团 以及直接氧化的有机物很快冲刷出去，避免堆积在电极附近，使未处理的有机物 接近电极表面，提高了电解的效率。
本发明中的预分器形状是锥斗状，锥斗锥角为50～150度。可以降低水对反 应器的冲击力。
本发明的流化床电极反应器可以高效的处理有机物。
本发明中采用了钛为基体的铱系涂层电极，此类电极具有较高的电催化性和 稳定性。可以把有机物彻底氧化成为二氧化碳和水。对于本发明采用的 IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti电极具有较高的电催化性地原因，Ch.Comninellis提出了在 本质上电催化活性与电极表面结构相关的观点(Ch.Comninellis，Electrocatalysis in the electrochemical conversion/combussion of organic pollutants for waste water treatment.electrochemical Acta，1994，39(11-12)：1857-1862)。认为在阳极表面可能 存在两种状态的“活性氧”：一种是物理吸附的活性氧，即吸附的羟基自由基 (OH·);另一种是化学吸附的活性氧，即进入氧化物晶格中的氧原子。当目标有 机物存在时，物理吸附活性氧在电化学燃烧过程中起主要作用，而化学吸附活性 氧则主要参与电化学转化过程，即对基质进行有选择性的氧化(对芳香类物质起 作用而对脂肪酸不起作用)。Ch.Comninellis对不同材料阳极表面的羟基自由基 所做的检测结果表明：IrO2/Ti电极表面自由基浓度几乎为零，而SnO2/Ti电极表 面则有自由基的积累。IrO2活性阳极表面有机物一般被氧化为具有一定稳定性的 中间产物，SnO2氧化物阳极表面完全氧化。并且，经过加速寿命试验，达1500 小时，远超出一般电极。
本发明电解试验时，所加载的电压在20～40V之间。但是，电解处理时，可 以观察到粒子电极表面在碰撞时有火花出现。这种现象只在高压放电采观测到。 这种放电也可以产生强氧化性基团，其高能电子轰 击污染物质中C-C键及其不饱和键，发生断键或者开环等反应。促进了有机物 的降解。
以上所述说明，本发明综合了所有有利于产生强氧化性基团的有利条件，以 期达到电解处理效率最高，经济合理的标准。
