[发明专利]一种过滤式电催化消毒反应器及消毒方法

说明书

本发明是一种过滤式电催化消毒反应器，采用新型的过滤式锑镍掺杂的二氧化锡电极进行消毒，属于新型电催化消毒反应器与消毒方法。本发明通过优化溶胶凝胶法及浸渍提拉法制备过滤式电极，制备完成后的电极置于过滤式电催化反应器中能够发挥电极过滤式作用，反应器运行过程中通过电催化产生臭氧强化消毒效果，同时利用过滤式电极边界层薄的特点能够强化有机物及消毒效果，同时，本发明在达到较好消毒效果后依然能够在水体中检测到足量的氧化性物质，保障了水体对持续消毒效果的需要。

技术领域

本发明属于电催化电极制备及反应器设计领域，具体是一种针对消毒的过滤式电催化反应器及对应的过滤式电极的制备方法，以及该电催化消毒方法在水体消毒中的应用。

背景技术

近年来随着人们生活水平的提高，针对水体消毒的要求与指标越发严格。而传统加氯消毒方法存在明显的杀菌不充分、消毒副产物危害大等弊端，因此新型高效安全的消毒方法越发受到关注，其中包括电催化消毒法。由于电催化消毒法可原位产生氧化性物质，因此无需传统加氯消毒那般投加消毒剂，避免了水体二次污染，同时也减少了药剂使用所带来的资金成本。

不同电极材料产生的次氯酸、臭氧、羟基自由基等氧化性物质类型与浓度存在明显区别，众所周知，相比于氯消毒，臭氧是一种更加绿色安全的消毒剂，而研究发现锑镍掺杂的二氧化锡电极电催化臭氧效率高，将该电极应用于消毒时，其杀菌效率优异且无明显消毒副产物产生。

但相关研究均使用平行板式锑镍掺杂的二氧化锡电极电催化系统，其不仅会扩大细菌与电极的反应区域，严重阻碍电极及羟基自由基等短寿命自由基发挥消毒作用并降低水中有机物的矿化效率，而残留的有机物会消耗用于消毒的氧化性物质进一步阻碍消毒效果，并且有机物会作为前驱体促进消毒副产物的产生。因此，开发能进一步提高消毒及有机物矿化效果且抑制消毒副产物产生的过滤式锑镍掺杂的二氧化锡电极具有非常重要的意义。

发明内容

本发明目的是提供一种能够电催化臭氧进行高效消毒，同时利用过滤式特点而强化消毒效果，且能够电催化产生次氯酸保证持续消毒需要，本发明具体包括过滤式电催化消毒反应器及其电极制备方法。

本发明为一种过滤式电催化消毒反应器及消毒方法，其技术方案为：

过滤式消毒反应器装置包括外壳体，以及过滤式锑镍掺杂的二氧化锡阳极，不锈钢阴极；阴极与阳极平行相对且位于外壳体左右两侧，两者与外壳体接触位置设有硅胶环形密封垫；阴阳极之间上部为出水通道，阳极后部为集水槽与进水通道；所述整体反应器外壳上部为出水管，出水管与循环水箱连通，反应器外壳右侧面为进水管，进水管与水泵连通。

近一步的所述阴阳极尺寸为(24mm×24mm×1mm)，阴阳极间距为1cm，水泵控制进水流速为0.9-5.4L/h。

优选的，过滤式锑镍掺杂二氧化锡电极制备方法，具体步骤如下所示：

步骤1-1，将20μm孔径的泡沫钛基底进行充分清洗，再进行分级(120目、240目、360目依次打磨)打磨以去除表面杂质和氧化物，而后进行基底的碱洗处理，将泡沫钛完全浸入氢氧化钠溶液(质量浓度为40％)中，在80℃超声水浴条件下处理30min，碱洗结合超声的目的是充分去除泡沫钛表面及内部的油渍，碱洗完成后利用超纯水将泡沫钛用超声冲洗数遍，除去其内部残留的氢氧化钠。最后将泡沫钛置于足量的13％草酸溶液中，同时在80℃水浴条件下用超声辅助酸性刻蚀30min，而后在95℃水浴条件下再刻蚀1.5h。基底刻蚀完毕后同样利用超纯水超声清洗数遍，目的是去除泡沫钛内部残留的草酸，最后将预处理完毕后的泡沫钛基底保存在无水乙醇中备用。