[发明专利]一种应用于复极性三维电极反应器的复合粒子电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学反应器领域，具体涉及一种应用于复极性三维电极反应器的复合粒子电极及其制备方法。该复合粒子电极可用于水环境污染的治理领域。

背景技术

电化学方法治理废水一般无需添加氧化剂，设备简单、体积小，污泥量少，后处理简单，通常被称为“环境友好”的绿色氧化技术。20世纪60年代末，随着传质理论、材料科学及电力工业的迅速发展，在传统二维电极的基础上提出了三维电极的概念。它是在传统的二维电解槽电极间装填粒状工作电极材料，并使装充的工作材料表面带电而成为新的一极-第三极即粒子电极，在电极材料表面发生电化学反应。与传统的二维电极相比，三维电极在电解槽内增加了无数的微电极，能够增大电解槽的面体比，缩短了反应物的迁移距离、增大物质传质速度，提高电流效率和处理效果。因此，三维电极在电化学水处理领域显示出较大的优势和良好的发展前景。

三维电极按其极性可分为单极性三维电极与复极性三维电极。单极性三维电极反应器一般填充阻抗较小的粒子电极材料，两主电极间通常有隔膜存在。当主电极与粒子电极接触时，使粒子电极表面带上与主电极相同的电荷，电化学反应在阴阳极各自进行，有机物在阳极被氧化，重金属离子在阴极被还原。复极性三维电极反应器一般填充高阻抗的粒子电极材料，无需隔膜，通过主电极间的电场使粒子电极因静电感应而复极化为复极性粒子，在粒子两端分别带上正、负电荷，每一个粒子成为一个独立的电极，电化学反应在每一个粒子表面同时进行。由于单极性三维电极反应器工作时需用隔膜将主阴阳极隔离，隔膜的使用不但需额外的费用，而且增加了工程应用的复杂性，因此，复极性三维电极反应器的研究与应用备受青睐。

粒子电极是三维电极反应器系统的关键组成部分，也是提高反应器处理效率的关键。作为电极材料，填充粒子应具有良好的导电性、耐腐蚀性及电催化性能。在复极性三维电极中，粒子电极的理想条件是粒子的电阻远小于溶液电阻，便于粒子复极化，又要求粒子之间彼此绝缘。因而，改善粒子电极的接触状态是提高复极性三维电极反应器电解效率的关键。

中国专利文献CN200610161243.9提出了用醋酸纤维素涂膜活性炭为绝缘颗粒，与导电活性炭颗粒构成粒子电极的技术；中国专利文献CN201110007347.5提出了用聚乙烯醇凝胶涂膜活性炭为绝缘颗粒，与导电活性炭颗粒构成粒子电极的技术。这两种方法中的绝缘体仅仅起到隔离导电颗粒的作用，降低了槽体的有效工作空间。

中国专利文献CN200710067340.6应用由Mn、Sn、Sb活性组分和γ-Al₂O₃组成的活性蜂窝陶瓷粒子电极处理含氯苯类化合物废水，中国专利文献CN201110083945.0提出了由氧化铝粒子制备三维粒子电极的技术，中国专利文献CN201210270047.0提出了以陶土和γ-Al₂O₃制备复极性三维电极的技术。上述载体均为高阻抗载体，能耗高，在低盐度废水中的应用受到限制，同时，γ-Al₂O₃粒子耐酸碱性较差，应用于较强酸性或碱性工业废水处理时较易粉化。

发明内容

本发明的目的是克服上述粒子电极存在的技术问题，提出一种比表面积大、空间利用率高、催化性能强、可应用于复极性三维电极反应器的复合粒子电极及其制备作方法。

本发明的应用于复极性三维电极反应器的复合粒子电极，由活性炭粒子电极和多孔瓷环粒子电极组成；所述的活性炭粒子电极为负载有金属活性组分锡、锑和铁的活性炭颗粒，所述的多孔瓷环粒子电极为负载有金属活性组分铈、锰和钴的多孔瓷环粒子。

更进一步，本发明中所述的复合粒子电极中的活性炭颗粒粒径为3-8mm。

更进一步，本发明中所述的复合粒子电极中的多孔瓷环粒子为圆管状结构，所述圆管状结构的圆管直径为25mm，圆管长度为25mm，管壁厚度为2.0mm；管壁上沿圆周方向设置4-8个长方形孔，分两排交错排列，长方形孔的宽为3-7mm、长为8-10mm，长方形孔的母材折入圆管内部。

更进一步，本发明中所述的复合粒子电极中，活性炭粒子电极与多孔瓷环粒子电极的质量比为6:4-7:3。

本发明还包括一种制备方法，用于制备应用于复极性三维电极反应器的复合粒子电极，包括如下步骤：

步骤1、载有金属活性组分的活性炭颗粒的制备：

步骤1.1、活性炭颗粒的预处理：