公布日：2022.07.29
申请日：2022.03.23
分类号：C02F9/06(2006.01)I;C02F1/461(2006.01)N;C02F1/72(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种电芬顿式的污水处理工艺。污水经过废水处理系统进行处理，废水系统依次由加酸池、电解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池构建而成，电解池中的阳极为钛板上镀有铱钌，形成铱钌镀层，电解池中的阴极使用的改性材料由以下步骤制备而成：将碳纤维、三聚氰胺和硼酸浸润在混合液中，超声处理后将剩余的混合液涂抹在阴极电极两侧，烘干、煅烧、冷却后获得改性材料。氮掺杂、氮硼掺杂材料性能单独的较为一般，但是通过氮硼掺杂在碳纤维中，促进电子传递过程，改变电催化性能，从而提高了电芬顿体系中H2O2的产生，进而使得电芬顿处理废水的能力大大提高。
权利要求书
1.一种电芬顿式的污水处理工艺，其特征在于：污水经过废水处理系统进行处理，所述废水处理系统依次由加酸池、电解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池构建而成，所述电解池中的阳极为钛板上镀有铱钌，形成铱钌镀层，所述电解池中的阴极使用的改性材料由以下步骤制备而成：将碳纤维、三聚氰胺和硼酸浸润在混合液中，超声处理后将剩余的混合液涂抹在阴极电极两侧，烘干、煅烧、冷却后获得改性材料；所述混合液由二氧化锆、聚四氟乙烯、超纯水和异丙醇配成。
2.根据权利要求1所述的一种电芬顿式的污水处理工艺，其特征在于：所述碳纤维、三聚氰胺和硼酸的质量比为1：（0.06-0.1）：（0.02-0.06）。
3.根据权利要求1所述的一种电芬顿式的污水处理工艺，其特征在于：每1g碳纤维使用0.3-1.5mL聚四氟乙烯、5-30mL超纯水、0.3-1.5mL异丙醇。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种电芬顿式的污水处理工艺，其特征在于：在所述阴极材料改性之前，将碳纤维浸入清洗溶液中超声清洗，之后用超纯水多次超声清洗，在60-70℃的条件下烘干20h以上，冷却后密封保存备用，所述清洗溶液由丙酮、琥珀酸酯磺酸钠和伯烷基硫酸酯钠以1：（0.1-3）：（0.05-0.1）的质量比复配而成。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种电芬顿式的污水处理工艺，其特征在于：所述煅烧过程中的温度为300-330℃，煅烧40-50min。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种电芬顿式的污水处理工艺，其特征在于：所述氧化池中使用双氧水氧化，投加H2O2在废水中的浓度mg/L与COD（mg/l）=1：1-2：1。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种电芬顿式的污水处理工艺，其特征在于：所述电解池中及时补充硫酸亚铁，使亚铁离子和双氧水的摩尔比为1：（0.2-0.5）。
8.根据权利要求1-3任一所述的一种电芬顿式的污水处理工艺，其特征在于：所述电解池底部设计纳米溶气泵进行曝气，曝气量为2-4m3/h。
发明内容
为了提高阴极H2O2的积累量，提高电芬顿体系的污水处理能力，本申请提供一种电芬顿式的污水处理工艺。
一种电芬顿式的污水处理工艺，污水经过废水处理系统进行处理，所述废水系统依次由加酸池、电解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池构建而成，所述电解池中的阳极为钛板上镀有铱钌，形成铱钌镀层，所述电解池中的阴极使用的改性材料由以下步骤制备而成：将碳纤维、三聚氰胺和硼酸浸润在混合液中，超声处理后将剩余的混合液涂抹在阴极电极两侧，烘干、煅烧、冷却后获得改性材料。
优选的，所述碳纤维、三聚氰胺和硼酸的质量比为1：（0.06-0.1）：（0.02-0.06）。
氮掺杂、氮硼掺杂材料性能单独的较为一般，但是通过氮硼掺杂在碳纤维中，促进电子传递过程，改变电催化性能，从而提高了电芬顿体系中H2O2的产生和积累，进而使得电芬顿处理废水的能力大大提高。另外，通过氮、硼对电极材料进行掺杂实现对电极进行镀层保护提高稳定性，使电芬顿稳定运行。
优选的，所述混合液由二氧化锆、聚四氟乙烯、超纯水和异丙醇配成。
发明人原本想将氮、硼掺杂进碳纤维中，为阴极反应提供足够的活性位点。但随着电芬顿处理时间的加长，导致氮、硼迁出，使电芬顿处理能力下降。在更深一步研究发现，用上述混合液作粘结剂，将碳纤维、三聚氰胺及硼酸粘附在一起，同时利于氧气在阴极表面附近的传质过程，其最终的废水处理效率大大提高，可能是由于氮碳的掺杂出现了新的晶型结构，而且使碳结构变得无序，使其比表面积变大，从而利于氧气分子在阴极表面的传质过程，促进H2O2在阴极的积累，进而进一步提高了电芬顿的处理能力。
优选的，每1g碳纤维使用0.3-1.5mL聚四氟乙烯、5-30mL超纯水、0.3-1.5mL异丙醇。
在实践过程中发现，聚四氟乙烯含量过高会增大电极的电阻，从而导致电极电流响应反而降低。通过上述配比，对电极的改性促进了H2O2的电催化生产过程，使得H2O2的电催化生产速率加快。
优选的，在所述阴极材料改性之前，将碳纤维浸入清洗溶液中超声清洗，之后用超纯水多次超声清洗，在60-70℃的条件下烘干20h以上，冷却后密封保存备用，所述清洗溶液由丙酮、琥珀酸酯磺酸钠和伯烷基硫酸酯钠以1：（0.1-3）：（0.05-0.1）的质量比复配而成。
对碳纤维进行清洗，以去除原始的污渍和油脂，清除碳纤维表面多余的电荷，以促进电芬顿的处理效率。
优选的，所述煅烧过程中的温度为300-330℃，煅烧40-50min。
煅烧过度使阴极中各材料的粘结性下降，使阴极材料变得疏松，进而使阴极材料容易损耗，并且还原Fe3+的的能力变弱，影响废水的处理效率。基于本申请的阴极改性使用的材料，通过上述的煅烧温度和时间，有效控制电极材料的煅烧程度，得到致密的电极材料，从而进一步提高废水的处理效率。
优选的，所述氧化池中使用双氧水氧化，投加H2O2在废水中的浓度mg/L与COD（mg/l）=1：1-2：1。
优选的，所述电解池中及时补充硫酸亚铁，使亚铁离子和双氧水的摩尔比为1：（0.2-0.5）。
通过芬顿试剂法是通过硫酸亚铁与双氧水相结合的一种深度处理工艺。利用硫酸亚铁和双氧水的强氧化还原性，生成反应强氧化性的羟基自由基，与难降解的有机物生成自由基，可以将许多高污物有效降解。在本申请的电解池的电极的基础下，调节硫酸亚铁和双氧水的添加比例，以使得有机物被降解的能力得以突破。因此，通过调节亚铁离子和双氧水的摩尔比为1：（0.2-0.5）实现这一目的。
优选的，所述电解池底部设计纳米溶气泵进行曝气，曝气量为2-4m3/h。
随着电芬顿处理的进行，Fe2+的扩散传质变慢，不能有效的构成芬顿反应，导致去除效果不理想。通过合适的空气补给，一方面能起到混合的作用，强化了反应器内的传质过程；另一方面能补充在反应过程中不断消耗的氧，当空气流量大到一定值后进入反应控制过程，曝气对有机物去除的影响减小。因此，需要合理控制曝气的量。
综上所述，本申请通过氮硼掺杂在碳纤维中，促进电子传递过程，改变电催化性能，提高了电芬顿体系中阴极2电子ORR选择性，从而提高了电芬顿体系中H2O2的产生和积累，致使后续EF氧化难降解有机物效能提升，进而使得电芬顿处理废水的能力大大提高。另外，通过氮、硼对电极材料进行掺杂实现对电极进行镀层保护提高稳定性，使电芬顿稳定运行。
（发明人：王诗文;谢兵）
