[发明专利]一种用于电芬顿高级氧化工艺的复合阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明可应用于电芬顿高级氧化工艺等技术领域，具体地涉及一种以活性碳纤维毡为基体的复合阴极及其配制方法。

背景技术

Fe²⁺和H₂O₂组成芬顿技术，在1894年被H.J.H Fenton发现，是一个高效降解有机物的精细氧化的过程，该过程是发生在水相中的一系列链反应，最后成功将有机物降解氧化。芬顿技术最早被用于有机化学分析以及控制有机合成反应。在1964年，Eisenhauer首次使用芬顿技术用来处理废水，取得了很好的效果，从此芬顿技术开始在环境领域应用。由于反应速率快，二次污染小，对反应条件没有特殊要求等优点，渐渐引起人们重视。

由于常规芬顿技术在应用条件上存在一定的限制性，比如：pH值是影响芬顿反应很重要的因素之一，芬顿反应必须将pH值调节到2.5～3.5才能保证芬顿反应良好进行，另外，芬顿反应对H₂O₂和Fe²⁺含量有很高的要求，而H₂O₂成本高，Fe²⁺含量高就会导致污泥产出量增多，因此，人们对芬顿技术的研究一直没有停止，开发出了光芬顿技术，电芬顿技术，中性芬顿技术等等类芬顿技术。其中，电芬顿技术发展前景较好。

电芬顿技术一般用石墨、Pt、金属氧化物作为阳极材料，一般用石墨、碳毡、ACF、碳纳米管等材料作为阴极材料。

电芬顿技术又分为以下几类：

(1)EF-H₂O₂，又叫阴极电芬顿反应。即在阴极上喷上氧气，将它还原成H₂O₂，原本加入的Fe²⁺与生成的H₂O₂发生芬顿反应。此法在电极上发生的反应有：

阳极反应：2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-(14)

阴极反应：O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂(15)

Fe(OH)²⁺+e^-→Fe²⁺+OH^-(16)

总反应：O₂+2H₂O→4·OH(17)

这种方法的优点是：不需要另外添加H₂O₂，因为阴极反应上会产生H₂O₂，污染物会被降解地十分彻底，相对于常规芬顿法来说，不容易产生有毒有害的物质。

这种方法的缺点是：要求在pH值很低的情况下反应才能进行，由于阴极材料的限制性，可以产生的电流较小，导致电流效率变低，H₂O₂的产量也变低，EF-H₂O₂不适合用来降解有机物浓度特别高的废水。

(2)EF-Feox，又叫牺牲阳极法。即阳极上的铁发生氧化反应，成为Fe²⁺和Fe³⁺，与H₂O₂发生芬顿反应。这种方法不只有·OH这种强氧化剂，同时还有Fe²⁺和Fe³⁺会有溶液中的氢氧根离子结合发生络合反应生成氢氧化亚铁和氢氧化铁，它们具有良好的混凝作用，可以处理废水中的污染物。因此这种方法处理废水的效果要比EF-H₂O₂法要好，但是这种方法也有缺点，由于H₂O₂是另外加入的，需要的成本特别高。