[实用新型]光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于有机废水处理技术领域，具体涉及一种光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置。

背景技术

近年来，随着工业经济的发展，人类对于化工产品的需要和应用日益增多，不可避免造成了对水资源的污染。处理不及时或不恰当，水体中的有害物质将给人类的生命与健康带来威胁。如何使用低能耗、无污染、简便有效的技术处理废水，一直是专家学者探究的热点，也有着十分重要的意义。

TiO₂光催化作为一种基于羟基自由基(·OH)过程的高级氧化技术，在应用于降解废水中的有毒有害、难生物降解的有机污染物方面具有优势。但由于TiO₂的光吸收范围限于波长小于387nm的紫外区，而太阳光谱中紫外部分能量通常不到5%，实际应用时需要耗费大量的电能产生紫外光，致使这一高级氧化技术目前难以工程推广应用。

有些研究发现对于处理水环境中的有机物，TiO₂掺杂处理虽可拓宽其光吸收范围至可见光区，但将同时影响TiO₂的稳定性，掺杂后的TiO₂能带间隙变窄，在可见光下对有机污染物的降解有选择性，而H₂O₂助TiO₂可见光催化反应显示较好的应用前景，既不需要复杂的掺杂改性处理而影响TiO₂的稳定性，且各类有机污染物也能在此条件下被降解。

由于这一可见光催化反应发生的前提是反应体系中的H₂O₂吸附于TiO₂表面形成复合物，并在吸收可见光后转为自由基等活性物种，在反应的初始阶段，H₂O₂浓度高，而TiO₂吸附性有限，那些不能及时吸附于TiO₂表面形成复合物的H₂O₂，将由于H₂O₂本身的自分解及自由基捕获特性而消耗掉，不仅H₂O₂利用率低，也影响自由基等活性物种的生成；而在反应后期，则由于前期损耗，反应体系H₂O₂浓度太低，反应速率不能维持在较高水平上。提高TiO₂的可见光催化活性和H₂O₂的利用率问题，是现今TiO₂光催化技术使用上的重要课题。

实用新型内容

为了改善H₂O₂助TiO₂可见光催化的效率，本实用新型的目的在于提供一种光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置，该装置利用电化学产生H₂O₂来协助TiO₂对可见光产生响应，并循环协同类芬顿反应，不仅提高了废水降解的效果，并且减少了操作和材料浪费。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

光电化学协同催化降解废水中有机污染物的装置，包括恒电流/恒电位仪、曝气泵及均为长方体形的反应槽及电解槽，所述反应槽与电解槽上、下对应且反应槽位于电解槽的上方；反应槽左侧壁的上、下两端分别设有第一进水口和第一出水口，反应槽右侧壁底部设有第一曝气头；电解槽左侧壁的上、下两端分别设有第二进水口和第二出水口，电解槽左侧壁内侧第二出水口处设置有微孔过滤层，电解槽右侧壁底部设有第二曝气头，电解槽内底部的左、右两侧均设有U型的限位槽，电解槽内左、右两侧分别设有阳极及阴极，阳极及阴极的下端分别插入左、右两侧的限位槽内，阳极及阴极的上端中部各自设置有引线，阳极和阴极则各自通过引线穿过并伸出电解槽的上端后再与恒电流/恒电位仪的电极接口连接；第一进水口与第二出水口之间连接有第一水管，第一水管上设有抽水泵及第一阀门，第一出水口与第二进水口之间连接有第二水管，第二水管上设有第二阀门，第一曝气头与曝气泵之间及第二曝气头与曝气泵之间均通过通气管相连通。

优选地，所述阳极为网板状的铱钽钛阳极，所述阴极为板状的石墨阴极。

优选地，所述反应槽及电解槽均由有机玻璃制成。

优选地，所述第一曝气头及第二曝气头均为微孔纯钛曝气头。

进一步，本实用新型装置中，光源部分不仅可以采用自然光，也可以采用模拟自然光，为此反应槽正上方可以设置金卤灯。