[发明专利]一种掺硫活性炭粒子电极三维电活化过硫酸盐降解有机物的方法

说明书

本发明属于有机废水处理领域，一种掺硫活性炭粒子电极三维电活化过硫酸盐降解有机物的方法，包括以下步骤：将废水通入反应器，同时向废水投加过硫酸盐（5mmol/L‑25mmol/L）与助电解质（5mmol/L‑50mmol/L）并开始搅拌；向废水中投加掺硫活性炭粒子电极（0.05g/L‑0.2g/L）；通过两片连接直流电源的电极对废水施加电压，形成电流（1mA/cm²‑4mA/cm²）启动反应，30min‑60min后，将处理后的废水排放。本发明证明了三维电催化与掺硫活性炭在活化过硫酸盐过程中存在协同作用，可以有效提升污染物的降解速率。

技术领域

本发明属于有机废水处理领域，涉及一种掺硫活性炭粒子电极三维电活化过硫酸盐降解有机物的方法。

背景技术

随着工业化的发展，大量有毒难降解有机物被排放到环境中，对水体安全造成了严重威胁。近年来，碳材料活化过硫酸盐高级氧化技术因其系统简单、操作简便且能彻底解决金属残留产生的二次污染问题而备受关注。但传统活性炭材料活性有限，影响其在该领域的广泛应用。

针对上述问题，研究证实使用碳材料电极二维电活化过硫酸盐可以改善催化过程。然而，过硫酸盐的活化主要发生在碳质电极表面，二维电极较低的比表面和较差的传质性能是提高活性重要的制约因素。因此，具有更大的接触面积、更好的表面传质和更高的电流效率的三维电化学过程无疑是一个更好的选择。

针对上述问题，众多学者通过对碳材料表面官能团掺杂改性有效地调控了物理化学性能并且提高了其催化活性。其中，原位掺硫活性炭活化过硫酸盐的性能明显优于传统活性炭与过渡金属氧化物（Applied Catalysis B: Environmental, 2018, 220: 635-644）。同时，通过在石墨晶格中掺杂硫原子也能获得更大的电容，在同等电压下容纳更多迁移电子，大幅提高碳材料粒子电极感应产生和传输电子能力。因此，硫掺杂碳材料对活化过硫酸盐以及电催化过程都具有优异的催化活性。

目前仅有的三维电活化过硫酸盐研究使用的是金属氧化物（CuFe₂0₄、MnO₂）作为粒子电极（Science of the Total Environment,2017, 609: 644–654；ChemicalEngineering Journal,2019, 361: 1317-1332），解决了粒子电极过硫酸盐活化性能低的问题，但仍受限于金属氧化物的低比表面和金属溶出的问题。如果以掺硫活性炭粒子电极三维电活化过硫酸盐体系来降解污染物，那么以上缺点就可以得到克服。

发明内容

本发明针对现有技术的不足， 提出一种环境友好，高效可靠的掺硫活性炭粒子电极三维电活化过硫酸盐降解有机废水的方法。

一种掺硫活性炭粒子电极三维电活化过硫酸盐降解有机物的方法，包括以下步骤：

（1）将废水通入反应器，同时向废水投加过硫酸盐（5mmol/L-25mmol/L）与助电解质（5mmol/L-50mmol/L）并开始搅拌；

（2）向废水中投加掺硫活性炭粒子电极（0.05g/L-0.2g/L）；

（3）通过两片连接直流电源的电极对废水施加电压，形成电流（1mA/cm²-4mA/cm²）启动反应，30min-60min后，将处理后的废水排放。

如上所述的过硫酸盐为过一硫酸盐或者过二硫酸盐。

所使用的助电解质为硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠或者氯化钠。

如上步骤（2）所述的掺硫活性炭粒子电极制备方法包括如下步骤：