[发明专利]流化床式三相电极反应器及其处理高浓度有机废水的方法

说明书

技术领域

本发明属于高浓度有机废水的电化学处理技术领域，具体涉及一种流化床式三相电极反应器及其处理高浓度有机废水的方法。

背景技术

电催化氧化技术通过产生羟基自由基等强氧化性的活性基团来降解废水中的有机污染物，具有无二次污染、成本低、适用性强、效率高等特点，在处理高浓度、难生化降解废水方面具有应用潜力。为增强难生化降解废水的电催化处理效果，提高电解槽单位体积有效反应面积、传质效果和电流效率是非常关键的问题，因此需要开发新型高效的电催化反应器。同时，将反应器的开发和与之相匹配的电极制备相结合进行，使电极的催化效率得到充分发挥是目前研究的重点之一。因此选择适合的电极材料和对其改性，以改善电极的表面催化性能，便成了电化学工作者研究的新课题。近30年来，钛基阳极板已发展成为金属氧化物电极的主要形式，目前修饰钛电极所使用的金属氧化物主要有氧化钌、氧化锰、氧化铅、氧化铂、氧化铱、锡锑氧化物等。电催化电极的表面微观结构和状态是影响电催化性能的重要因素，而电极的制备方法直接影响到电极的表面结构，因而选择合适的电极制备方法是提高电极电催化活性至关重要的关键环节。目前还缺少将反应器的开发和与之相匹配的电极制备相结合方面的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种流化床式三相电极反应器及其处理高浓度有机废水的方法。本发明的具体内容如下：

流化床式三相电极反应器由电解槽(1)、电极插槽(2)、负载Pt掺杂SrO-PbO镀MgO膜钛基阳极板(3)、不锈钢阴极板(4)、含MnO₂中间层的负载Ag掺杂SnO₂-CeO₂活性氧化铝粒子电极(5)、挡板(6)、布气板(7)、进气管(8)、电线(9)、稳压稳流电源(10)组成。在电解槽(1)的侧壁中下部开设进气管(8)的插孔；在电解槽(1)的底部安装布气板(7)，在布气板(7)上均匀开设孔径为lmm的布气孔，布气板(7)位于进气管(8)的上方；在布气板(7)的上方安装挡板(6)，在挡板(6)上均匀开设孔径为2mm的小孔；在电解槽(1)上共安装有4个电极插槽(2)，每两个插槽为一对，分别位于电解槽(1)的正面和对面壁上，插槽上均匀分布宽度为2mm的卡位，用于插入不锈钢阴极板(4)和负载Pt掺杂SrO-PbO镀MgO膜钛基阳极板(3)，卡位的间距为10mm；用电线(9)将不锈钢阴极板(4)和负载Pt掺杂SrO-PbO镀MgO膜钛基阳极板(3)与稳压稳流电源(10)相连；最后将含MnO₂中间层的负载Ag掺杂SnO₂-CeO₂活性氧化铝粒子电极(5)均匀投入不锈钢阴极板(4)和负载Pt掺杂SrO-PbO镀MgO膜钛基阳极板(3)之间的空隙中。在运用流化床式三相电极反应器处理高浓度有机废水时，最佳的工作条件为：pH值为4.5，电压为12V，处理时间为150min。

其中，所述负载Pt掺杂SrO-PbO镀MgO膜钛基阳极板由如下方法制备：

(1)用240号氧化铝耐水砂纸将钛片表面打磨至出现金属光泽，然后将其放入培养皿中，倒入50mL丙酮，在40kHz超声波清洗仪中用洗涤剂溶液清洗除油30min，取出先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗，然后放置在40kHz超声波清洗仪中用去离子水清洗15min；

(2)将步骤(1)得到的钛片放置在10％的草酸溶液中刻蚀2h，然后取出先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗后放置在40kHz超声波仪器中用去离子水清洗15min，晾干后保存在无水乙醇中备用；

(3)利用辉光放电对步骤(2)得到的钛片表面进行预处理10min，然后在MS56A型高真空多靶磁控溅射机上完成磁控溅射镀铂得到物质A，其中阴极靶材为铂片，钛片作为阳极基片，操作模式为射频溅射，真空度为8.0×10^-2pa，功率为100W，氩气压力为1pa；

(4)将正丁醇、异丙醇、异丁醇、无水乙醇按等体积比例混合，得到溶液A；将Sr(NO₃)₂溶于水中制成浓度为0.5mol/L的溶液，加入5滴硝酸以防水解，得到溶液B；将Pb(NO₃)₂溶于水中制成浓度为0.5mol/L的溶液，加入5滴硝酸以防水解，得到溶液C；将Mg(NO₃)₂·6H₂O溶于水中制成浓度为0.5mol/L的溶液，加入5滴硝酸以防水解，得到溶液D；