[发明专利]一种电活化亚硫酸根对水体消毒同步产氢的方法

说明书

本发明公开了一种电活化亚硫酸根对水体消毒同步产氢的方法，本文明涉及污水电化学处理技术和能源领域。本发明通过电化学活化亚硫酸根而生成两种强的氧化性活性物质—硫酸根自由基(氧化还原电位(E0＝2.5～3.1V))和羟基自由基)，从而实现对水体消毒同步产氢。本发明自制碳电极阳极的活性物质为用碱性葡萄糖修饰的C₃N₄高温碳化的氮参杂的碳(NCN‑OH)和自支撑磷化钴镍阴极材料，成本低且不会引起二次污染。本方法无二次污染和无消毒副产物的产生，是一种清洁、高效和低成本的水处理消毒方法，在电化学活化法对大肠杆菌的对数去除率为4.3，同时氢气产量达到162.9μmol。

技术领域

本发明涉及环境，消毒和能源及电化学领域。具体是一种电活化亚硫酸根对水体消毒同步产氢的方法。

背景技术

消毒是为了灭活微生物病原体，预防和控制传染病传播，从而保障人们的用水健康。电化学消毒，由于其与常规消毒工艺有氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒等，但氯消毒过程中会产生三氯甲烷、卤乙酸等消毒副产物，而臭氧消毒、紫外线消毒则因成本高、维护费用和能量损耗大而使应用受到限制.电化学法消毒，该方法具有环境友好、安全、效率高、处理费用低，易于控制且无二次污染等优点，并且它对水中多种微生物的灭活非常有效，近年来受到越来越多的关注。

电化学消毒体系中，微生物的灭活机理包括电场电化学的直接作用、电化学过程产生自由氯组分的作用和活性基团的作用。根据所用电解质，电化学消毒法可分为电化学含氯法和电化学无氯法。电化学含氯法在过程中形成的活性氯，显示出较好的消毒能力，然而容易出现无机副产物(如氯酸盐、高氯酸盐)。相比而言，电化学无氯法可以克服加氯消毒的不足，在电解过程中不会产生以上消毒副产物，是一类有效和安全的消毒过程。电化学消毒过程中，电解产生的羟基自由基是一种非选择性且氧化能力强的物质，具有很高的消毒效率。

硫酸根自由基(SO₄^·-)由于其的强的氧化性从而选择性降解为富电子污染物也越来越被关注。最近，有报道说SO₄^·-是对细菌/病毒灭活特别有效。获得SO₄^·-的常见方法是对过氧一硫酸盐(PMS)和过硫酸盐(PS)进行加热，紫外线激活和化学活化)；但所有这些都需要大量利用高成本的氧化剂和较高的能源消耗。另外，使用化学活化剂如过渡金属催化剂可能对水体构成二次污染的危害。因此人们越来越关注开发SO₄^·-代的新方法，如用低成本的化学品亚硫酸盐(SO₃^2-)代替PMS和PS。亚硫酸盐是烟气脱硫的残留产物。在过去的50年中，在金属离子的催化下，氧气将亚硫酸盐氧化成SO₄^·-或硫酸盐备受关注。许多学者研究了亚硫酸盐氧化成SO₄^·-或硫酸盐的动力学和机理。即SO₃^2-氧化形成亚硫酸盐阴离子自由基(SO₃^●-)，它可以进一步与分子氧快速反应，形成更多的活性物种，例如以SO₅^●-，SO₅^●-和HO·自由基。但是这些系统仍然存在许多缺点，例如催化效率低，pH范围狭窄和二次污染。在最新的电化学激活亚硫酸盐氧化三价砷离子的结构表明，电化学激活亚硫酸盐在动力学是可行的。但是，迄今为止，电激活亚硫酸盐的应用对于水生细菌消毒仍未开发。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种电活化亚硫酸根对水体消毒同步产氢的方法，其操作简便，可以高效、稳定、经济环保地对水体灭活同步产氢。