專利名稱：：低傳質阻力滲流式電化學方法及其反應裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種電化學
技術領域：
的方法及其裝置，具體地說，涉及的是一種低傳質阻力滲流式電化學方法及其反應裝置。技術背景近年來，電化學方法作為一種環(huán)境友好的污染物處理方法發(fā)展迅速。電化學技術是基于高效、清潔的電子的一種處理方法，無需加入別的試劑，在處理過程中基本不產(chǎn)生污染。由于電化學方法的良好的環(huán)境兼容性，它在污染物控制領域發(fā)揮著重要的作用。此外，電化學過程中的電流和電壓較易測定，容易實現(xiàn)自動控制。雖然電化學方法具有良好的處理效果，但是在實際中還沒有得到大規(guī)模的應用，主要的應用瓶頸是效率偏低，能耗高，運行成本較高。導致電化學效率較低的主要原因傳質效率較低。據(jù)文獻報道，電化學方法氧化有機物可以在電極表面和溶液中(0*，0H*和03)同時發(fā)生，主要反應發(fā)生在電極表面。當反應物濃度較低時，電極表面的反應效率主要受到有機物從溶液到電極表面?zhèn)髻|速率的限制。因為在電極表面的雙電層中反應物只能以擴散的方式傳遞，限制了反應物的傳遞速率。經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，MarcoPanizza等在《JournalofHazardousMaterials》(危險物資雜志)2008年153期第83—88頁上發(fā)表的"RemovalofcolourandCODfromwastewatercontainingacidblue22byelectrochemicaloxidation"(電化學氧化方法去除含酸性藍22廢水的色度和C0D)，該文中提出，電化學的反應效率主要受到傳質速率的限制，文中通過加大水流循環(huán)速度的方法提高傳質系數(shù)，該方法雖然在一定程度上提高了傳質效果，其不足在于沒有從根本上改變有機物在電極表面?zhèn)鬟f緩慢的弊端，效果有限。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有電化學方法傳質較慢的問題，提出了一種低傳質阻力滲流式電化學方法及其反應裝置，通過使有機廢水從電極間穿過時的相互作用減小傳質阻力，提高傳質系數(shù)，繼而提高電流效率，減少能量消耗。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明所涉及的低傳質阻力滲流式電化學方法，具體為將反應容器的陽極和陰極分別連接到直流電源的正負極，采用蠕動泵將廢水泵入反應容器中，廢水從反應容器中的陽極和陰極中穿過，兩電極之間有絕緣層隔開，穿過電極后的廢水從反應容器中排出，或者通過蠕動泵使廢水在反應容器內進行循環(huán)處理。本發(fā)明中，將廢水從電極中穿過，利用廢水穿透時與電極的相互作用減小反應物向電極表面?zhèn)鬟f的阻力，同時廢水的循環(huán)流動加快了電極表面和主體溶液物質的交換更新，從而提高傳質系數(shù)和電流效率，降低電化學方法的能耗。為了提高電流效率，可在廢水中加入電解質，通過調節(jié)電流、反應時間和電解質濃度等條件使有機物得到充分降解。電流、反應時間以及電解質濃度根據(jù)處理對象的性質及濃度、處理量的多少和反應器的大小進行確定。在本發(fā)明中，電流應控制在1A以下，反應時間在3h以內，電解質濃度應盡量不大于3g/L。所述的電解質為硫酸鹽或鹽酸鹽。所述的陽極采用活性炭纖維碳納米管電極，增大了電極反應表面積，同時利用碳納米管的獨特性質增強反應活性；陰極可以采用活性炭纖維碳納米管電極或者金屬網(wǎng)狀電極；絕緣層采用絕緣材料。所述陰極和陽極的面積可以隨著處理量的增加而增大，而且可為多層電極。本發(fā)明所涉及的低傳質阻力滲流式電化學反應裝置，包括反應容器，所述反應容器內設有陽極和陰極，或者反應容器的外周圍包裹陽極和陰極，陽極和陰極間設有絕緣層，陽極和陰極分別與直流電源的正負極相連，反應容器連接有蠕動泵。開啟蠕動泵，使反應溶液在反應容器底部和上部之間進行循環(huán)，過程中溶液透過電極緩慢流動，在這個過程中與電極充分接觸，有機物被氧化降解。所述的陽極采用活性炭纖維碳納米管電極；陰極可以采用活性炭纖維碳納米管電極或者金屬網(wǎng)狀電極。所述的陽極和陰極包裹在反應容器外周圍，通過泵的推動力使溶液依次通過反應容器側壁的小孔和外周圍的電極，在這個過程中達到降低傳質阻力的效果，提高電化學效率。側壁的小孔是直接在反應容器的側壁上開的孔，作用就是使水流通過，其大小可根據(jù)反應容器大小進行確定，原則上不應使孔徑過大。為使水流能均勻的從反應容器各個方向通過，應使小孔分布規(guī)則均勻，并保證一定的數(shù)量，原則上與外部水流的流速比配最為合適。所述陽極和陰極，可以是單對，也可以采用多對陽極和陰極并聯(lián)的形式，以增加反映容器的處理能力。本發(fā)明具有顯著的優(yōu)點本發(fā)明利用廢水穿透電極時與電極之間的相互作用大大減小了污染物向電極表面?zhèn)鬟f的阻力，同時廢水的循環(huán)流動加快了電極表面和主體溶液物質的交換更新，提高了傳質系數(shù)，并最終提高了電化學效率，降低了能耗。采用了活性炭纖維結合碳納米管電極，提高了電極的反應表面積和活性。操作簡單，設備占地較小，各種參數(shù)易于控制，可根據(jù)實際情況進行調節(jié)。圖1為本發(fā)明裝置結構示意圖一；圖2為本發(fā)明裝置結構示意圖二；圖中，l為陽極，2為陰極，3為絕緣層，4為蠕動泵，5為直流穩(wěn)壓電源，6為反應容器，7為進水口，8為出水口。具體實施方式下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1處理活性艷紅X-3B模擬染料廢水如圖1所示，本實施例采用的反應裝置包括反應容器6，反應容器6分為上下兩部分，中間由陽極l、陰極2以及絕緣層3隔開，溶液由蠕動泵4不斷在反應容器6上下部分之間進行循環(huán)，在溶液循環(huán)過程中不斷透過陽極1和陰極2，在此過程中通過與電極間的相互作用，減小了傳質阻力。直流穩(wěn)壓電源5將電壓施加到陽極1和陰極2上，并可根據(jù)反應條件進行調節(jié)。實施時，將陽極l、陰極2和絕緣層3分別固定在反應容器6上，用導線將陽極1和陰極2與直流穩(wěn)壓電源5連接，在待處理的溶液中加入電解質，然后將溶液注入反應容器6，開動蠕動泵4進行循環(huán)，接通直流穩(wěn)壓電源5，調節(jié)電流密度，使反應物得到良好的去除。本實施例具體的實施條件以及結果如下反應目標溶液體積300mL反應目標溶液濃度活性艷紅X-3B100mg/L環(huán)境溫度25°C初始pH值7電解質濃度3g/L電極面積28cm2電壓10V陽極活性炭纖維碳納米管電極陰極活性炭纖維碳納米管電極體積流量80.2mL/min。處理后染料的脫色率和COD去除率如表1所示。表1實施例1處理后染料的脫色率和COD去除率<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2不同電壓對活性艷紅X-3B脫色率的影響本實施例采用的反應裝置和實施過程與實施例1相同。本實施例具體的實施條件以及結果如下反應目標溶液體積300mL反應目標溶液濃度活性艷紅X-3B50mg/L環(huán)境溫度25°C初始pH值7電解質濃度2g/L電極面積28cra2陽極活性炭纖維碳納米管電極陰極活性炭纖維碳納米管電極體積流量80.2mL/min。不同電壓處理的脫色率如表2所示。表2實施例2不同電壓處理的染料脫色率(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例3處理活性艷藍X-BR模擬染料廢水本實施例采用的反應裝置和實施過程與實施例1相同。本實施例具體的實施條件以及結果如下反應目標溶液體積300mL反應目標溶液濃度活性艷藍X-BR100mg/L環(huán)境溫度25°C初始pH值2電解質濃度lg/L電極面積28cm2電壓8V陽極活性炭纖維碳納米管電極陰極銅網(wǎng)體積流量122.5mL/min。處理后染料的脫色率和COD去除率如表3所示。表3實施例3處理后染料的脫色率和COD去除率<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例4初始pH值對活性艷藍X-BR脫色率的影響本實施例采用的反應裝置和實施過程與實施例1相同。本實施例具體的實施條件以及結果如下反應目標溶液體積300mL反應目標溶液濃度活性艷藍X-服100mg/L環(huán)境溫度25°C電極面積28cm2電壓8V電解質濃度lg/L陽極活性炭纖維碳納米管電極陰極銅網(wǎng)體積流量122.5mL/min。處理后染料的脫色率如表4所示。表4實施例4不同初始pH值的染料脫色率(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例5電解質濃度對活性艷藍X-BR脫色率的影響本實施例采用的反應裝置和實施過程與實施例1相同。本實施例具體的實施條件以及結果如下反應目標溶液體積300mL反應目標溶液濃度活性艷藍X-BRlOOmg/L環(huán)境溫度25°C電極面積28cm^電壓8V初始pH值7陽極活性炭纖維碳納米管電極陰極銅網(wǎng)體積流量122.5mL/min。處理后染料的脫色率如表5所示。表5實施例5不同電解質濃度的染料脫色率(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明上述實施例也可以采用如圖2所示的反應裝置，該反應裝置包括反應容器6，反應容器6為圓柱形，側壁布滿小孔，陽極l、陰極2和絕緣層3依次包裹在反應容器6的外面，溶液由蠕動泵4不斷在反應容器6內外之間進行循環(huán)。其實施的工作原理與上述圖1所示的裝置相同。權利要求1、一種低傳質阻力滲流式電化學方法，其特征在于將反應容器的陽極和陰極分別連接到直流電源的正負極，采用蠕動泵將廢水泵入反應容器中，廢水從反應容器中的陽極和陰極中穿過，兩電極之間有絕緣層隔開，穿過電極后的廢水從反應容器中排出，或者通過蠕動泵使廢水在反應容器內進行循環(huán)處理。2、根據(jù)權利要求1所述的低傳質阻力滲流式電化學方法，其特征是，所述的陽極采用活性炭纖維碳納米管電極，陰極采用活性炭纖維碳納米管電極或者金屬網(wǎng)狀電極。3、根據(jù)權利要求1或2所述的低傳質阻力滲流式電化學方法，其特征是，所述陰極和陽極的面積隨著處理量的增加而增大，陰極和陽極為單層電極或者多層電極。4、根據(jù)權利要求1所述的低傳質阻力滲流式電化學方法，其特征是，所述廢水中加入電解質，通過調節(jié)電流、反應時間和電解質濃度使有機物得到降解，其中電流控制在1A以下，反應時間在3h以內，電解質濃度小于或等于3g/L。5、根據(jù)權利要求4所述的低傳質阻力滲流式電化學方法，其特征是，所述所述的電解質為硫酸鹽或鹽酸鹽。6、一種低傳質阻力滲流式電化學反應裝置，包括反應容器，其特征在于，所述反應容器內設有陽極和陰極，或者反應容器的外周圍包裹陽極和陰極，陽極和陰極間設有絕緣層，陽極和陰極分別與直流電源的正負極相連，反應容器連接有蠕動泵。7、根據(jù)權利要求6所述的低傳質阻力滲流式電化學反應裝置，其特征是，所述的陽極和陰極，陽極為活性炭纖維碳納米管電極，陰極為活性炭纖維碳納米管電極或者金屬網(wǎng)狀電極。8、根據(jù)權利要求6所述的低傳質阻力滲流式電化學反應裝置，其特征是，所述的陽極和陰極包裹在反應容器外周圍，且反應容器側壁設有分布規(guī)則、均勻的小孔。9、根據(jù)權利要求6或7或8所述的低傳質阻力滲流式電化學反應裝置，其特征是，所述陽極和陰極是單對，或是多對陽極和陰極并聯(lián)。全文摘要本發(fā)明涉及一種電化學
技術領域：
的低傳質阻力滲流式電化學方法及其反應裝置。所述方法為將反應容器的陽極和陰極分別連接到直流電源的正負極，采用蠕動泵將廢水泵入反應容器中，廢水從反應容器中的陽極和陰極中穿過，兩電極之間有絕緣層隔開，穿過電極后的廢水從反應容器中排出，或者通過蠕動泵使廢水在反應容器內進行循環(huán)處理。所述裝置包括反應容器，反應容器內設有陽極和陰極，或者反應容器的外周圍包裹陽極和陰極，陽極和陰極間設有絕緣層，陽極和陰極分別與直流電源的正負極相連，反應容器連接有蠕動泵。本發(fā)明利用廢水從電極間穿過時與電極之間的相互作用減小電極表面的傳質阻力，提高傳質系數(shù)，繼而提高電流效率，減少能量消耗。文檔編號C02F1/461GK101327970SQ20081004120公開日2008年12月24日申請日期2008年7月31日優(yōu)先權日2008年7月31日發(fā)明者驥楊,軍王,靜魏申請人:上海交通大學