[发明专利]一种流体电池及利用其双效处理废水中重金属离子和有机染料的方法

说明书

本发明公开了一种流体电池及利用其双效处理废水中重金属离子和有机染料的方法。以重金属离子废水作为电池正极，有机染料废水作为电池负极，正负极通过隔膜隔离，组成流体电池，并通过重金属离子废水的氧化性氧化有机染料废水，从而达到正负极废水的双效处理以及电能的产生；所述流体电池的结构还包括正负极集流体。本发明所述流体电池的放电电压高，对废水中铬离子的降解效率接近100％，对有机染料降解效率可达95.6％；在双效处理重金属离子和有机染料的同时获得能，操作方法简单易行、绿色环保、经济实用，对处理污水中重金属离子和有机染料的方法具有重要意义。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种流体电池及利用其双效处理废水中重金属离子和有机染料的方法。

背景技术

近年来，随着我国工业化步伐不断加快，污染物的排放使环境日趋恶化，其中，工业废水中含有大量有毒重金属和有机染料，其所产生的环境污染被认为是最为严重的污染之一。重金属离子和染料废液进入环境后往往不能被生物降解，对人类和动物都会造成严重的伤害。因此如何处理工业废水越来越引起人们的重视。

目前，处理含铬废水的方法主要有还原中和法、离子交换法、电解法、生物法以及吸附法等。工业生产中处理铬废水最常用的方法是还原中和法，相较其他方法，该方法对铬去除率高，但该方法也存在许多弊端，如处理过程繁杂、易造成二次污染，造成渣场堆存；铬废水处理其他方法也存在诸多弊端，如离子交换树脂法受pH值的影响较大，电解法和化学还原法处理废水后产生大量沉淀不易处理，生物法对环境条件要求敏感、稳定性差，吸附法处理能力较低、难以实现工业化，且一般吸附剂化学硬度和稳定性难以保证。

同时，处理有机染料废水的方法主要有氧化还原法、电解法、混凝沉淀法、膜分离技术和吸附法等方法。混凝沉淀法虽然流程简单、处理废水量大，但是该方法会产生大量污泥，其后期处理较为麻烦。氧化法因具有适用范围广、反应速度快、条件易控制等优点而被广泛应用，但该方法在反应过程中容易引入新的污染物且对原水的水质要求苛刻、成本较高。而膜分离法中使用的选择性半透膜易被污染而丧失处理能力，且该方法成本较高，因此多使用在污水的深度处理中。

此外，由于重金属离子废水(尤其是铬废水)和有机染料废水化学性质迥异，传统处理方法一般需要分级分次处理，因此寻找一种经济高效的双效处理重金属离子废水(尤其是铬废水)和有机染料废水的方法具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种流体电池。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述流体电池双效处理废水中重金属离子和有机染料的方法。该方法能双效处理重金属离子废水和有机染料废水的同时，还能产生电能。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种流体电池，其正极为重金属离子废水，负极为有机染料废水，正负极通过隔膜隔离，组成流体电池；所述流体电池的结构还包括正极集流体、负极集流体和负极催化剂，所述负极催化剂为铁基尖晶石氧化物。

所述重金属离子废水优选为铬离子废水，有机染料废水优选为偶氮类染料溶液。

所述铬离子废水优选为重铬酸钾和/或重铬酸钠溶液，所述偶氮类染料溶液优选为甲基红溶液、甲基橙溶液和亚甲基蓝溶液中的至少一种。

所述流体电池的结构还包括正极反应仓、正极储液仓、负极反应仓、负极储液仓、碳纤维布和泡沫碳。流体电池可参照流体电池原理及现有技术组装获得，例如其中的一种方式为：将正极限定于正极反应仓内，泡沫碳放置在负极反应仓内，负极限定于负极反应仓内，负极催化剂涂覆在负极集流体上；正极的碳纤维布、正极集流体、正极反应仓、隔膜、负极反应仓、负极集流体、负极的碳纤维布堆叠排列；正极储液仓与正极反应仓连接，负极反应仓与负极储液仓连接。正极碳纤维布和负极碳纤维布与外电路连接，从而输出电压；通过蠕动泵使正极储液仓、负极储液仓内的液体分别流动到正极反应仓、负极反应仓。