本發(fā)明涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置和污水處理的方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，單獨的臭氧氧化反應(yīng)器其氧化能力、污染物礦化能力并不強，并且在氧化有機物過程中極易形成中間產(chǎn)物積累以及產(chǎn)生其他有毒副產(chǎn)物。因此，將臭氧氧化與其他技術(shù)耦合成為近年來的研究熱點，其中電催化氧化-臭氧氧化耦合工藝成為近些年頗受關(guān)注的新型高級氧化工藝。近些年來諸多學(xué)者開展了相關(guān)研究，尤其是電化學(xué)-過臭氧氧化工藝(e-peroxone)，王玉玨等人率先將電化學(xué)與過臭氧(o3/h2o2)反應(yīng)相結(jié)合，將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧/氧氣混合氣體中的氧氣在炭電極(空氣擴散陰極：炭黑-聚四氟乙烯材料制備)表面電化學(xué)還原成過氧化氫，然后與臭氧發(fā)生過臭氧催化反應(yīng)(o3/h2o2)生成大量羥基自由基，因而具有氧化能力強、無二次污染等特點。然而，該工藝主要發(fā)生在陰極區(qū)域，系統(tǒng)中使用的陽極多為鉑陽極，其氧化能力弱，對污染物去除的貢獻較低。此后，王凱軍等人發(fā)明了一種管道式電催化與臭氧協(xié)同氧化處理污水的裝置及方法(cn104326530a)，采用網(wǎng)狀桶形陰、陽極，其中陰極為炭電極，陽極為負載sn、sb氧化物的鈦電極，雖然該裝置在一定程度上將電化學(xué)氧化與過臭氧相結(jié)合，但是其陽極催化層sn、sb、ru氧化物僅具有電化學(xué)氧化的催化能力，并不具備顯著的多相臭氧催化能力。更為重要的是，以往研究中曝氣裝置和陽極、陰極相互獨立且具有一定間距，氣體從曝氣裝置內(nèi)部到電極表面需要較長的傳質(zhì)距離且阻力巨大，加之臭氧溶解度較低，所以過往的電-臭氧裝置反應(yīng)過程常受到傳質(zhì)擴散的限制，影響體系的運行狀況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置和污水處理的方法。

首先，本發(fā)明提供一種填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置，其包括：

反應(yīng)器腔體、管狀曝氣陰極、管狀曝氣陽極，分別填充在管狀曝氣陰極和管狀曝氣陽極內(nèi)部的陰極催化劑顆粒和陽極催化劑顆粒，以及臭氧發(fā)生器；其中，

所述反應(yīng)器腔體側(cè)壁上開設(shè)有進水口和出水口，上端設(shè)置有臭氧尾氣排氣孔；

所述管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極間隔地垂直布置在反應(yīng)器腔體內(nèi)，且管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極的間距相等；

所述管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極通過反應(yīng)器腔體頂蓋預(yù)先設(shè)置螺紋孔固定在反應(yīng)器腔體內(nèi)；

所述管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極分別通過銅線相互連接并接入直流電源；

臭氧發(fā)生器用于產(chǎn)生o3/o2混合氣體，所述混合氣體通過總氣路分配到支路進氣管，每個支路進氣管分別與管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極各自的進氣口相連，最終保證每個管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極上既施加電流也通入o3/o2混合氣體。

進一步地，所述管狀曝氣陰極和管狀曝氣陽極均為負載金屬氧化物催化層的多孔鈦臭氧曝氣器，由管狀多孔鈦臭氧曝氣器基體和金屬氧化物催化層組成；所述金屬氧化物催化層為ti、mn、ce、cu、fe、ni、sn、sb或pb的納米線、納米棒、納米管、納米花形狀的氧化物或氧化物的復(fù)合物。

進一步地，所述陽極催化劑顆粒為具備電催化和多相臭氧催化功能的顆粒，其由基體和負載在基體上的催化層組成；所述基體為活性炭、氧化鋁或陶瓷顆粒，所述催化層為ti、mn、ce、cu、fe、ni、sn、sb、pb的氧化物或上述金屬氧化物的復(fù)合物；

所述陰極催化劑顆粒為具備電還原o2產(chǎn)h2o2能力的炭質(zhì)顆粒；所陰極催化劑顆粒為活性炭、石墨顆?；蛘哂沙壧亢谥苽涞念w粒狀物體。

進一步地，管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極的間距為10mm～50mm。

其次，本發(fā)明還提供一種污水處理的方法，其采用上述任意一項所述的填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置，通過施加臭氧、電場進行污水處理；該裝置中的管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極同時參與自由基產(chǎn)生，用于污染物降解。

本發(fā)明提供一種填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置和污水處理的方法。上述裝置在反應(yīng)器內(nèi)等間距布置了負載催化劑的管狀多孔鈦曝氣陽極和曝氣陰極，同時在其內(nèi)部分別填充具有臭氧多相催化和過臭氧催化功能的顆粒填料。曝氣陽極、陰極在電場、臭氧氣體作用下分別在陽極區(qū)域發(fā)生電-多相臭氧催化，在陰極區(qū)域發(fā)生電-過臭氧催化反應(yīng)，協(xié)同產(chǎn)生大量的活性氧自由基，促進污染物降解。鑒于該填充式曝氣電極將曝氣器與電極、催化劑有機結(jié)合同時擁有獨特的流通式構(gòu)型，氣體可以由內(nèi)向外穿透電極(或催化劑)表面，具有多功能性強，傳質(zhì)性能良好，氣、固、液三相反應(yīng)充分的特點。因此本發(fā)明具有羥基自由基產(chǎn)量高，氧化能力強，結(jié)構(gòu)簡潔、模塊化設(shè)計、易推廣等特點，可用于難降解有機廢水預(yù)處理或深度處理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置的橫向剖面圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置的縱向剖面圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-反應(yīng)器腔體

2-管狀曝氣陽極

3-陽極催化劑顆粒

4-管狀曝氣陰極

5-陰極催化劑顆粒

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

在一種具體的實施方式中，本發(fā)明提供了一種填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置。請參見圖1和圖2，該圖示出了本發(fā)明實施例提供的上述催化裝置的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實施例提供一種填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置，其包括：

反應(yīng)器腔體1，管狀曝氣陰極4，管狀曝氣陽極2，分別填充在管狀曝氣陰極4和管狀曝氣陽極2內(nèi)部的陰極催化劑顆粒5和陽極催化劑顆粒3，以及臭氧發(fā)生器；其中，

所述反應(yīng)器腔體1側(cè)壁上開設(shè)有進水口和出水口，上端設(shè)置有臭氧尾氣排氣孔；

所述管狀曝氣陽極2和管狀曝氣陰極4間隔地垂直布置在反應(yīng)器腔體1內(nèi)，且管狀曝氣陽極2和管狀曝氣陰極4的間距相等；

所述管狀曝氣陽極2和管狀曝氣陰極4通過反應(yīng)器腔體1頂蓋預(yù)先設(shè)置螺紋孔固定在反應(yīng)器腔體1內(nèi)；

所述管狀曝氣陽極2和管狀曝氣陰極4分別通過銅線相互連接并接入直流電源；

臭氧發(fā)生器用于產(chǎn)生o3/o2混合氣體，所述混合氣體通過總氣路分配到支路進氣管，每個支路進氣管分別與管狀曝氣陽極2和管狀曝氣陰極4各自的進氣口相連，最終保證每個管狀曝氣陽極2和管狀曝氣陰極4上既施加電流也通入o3/o2混合氣體。

進一步地，所述管狀曝氣陰極4和管狀曝氣陽極2均為負載金屬氧化物催化層的多孔鈦臭氧曝氣器，由管狀多孔鈦臭氧曝氣器基體和金屬氧化物催化層組成；所述金屬氧化物催化層為ti、mn、ce、cu、fe、ni、sn、sb或pb的納米線、納米棒、納米管、納米花形狀的氧化物或氧化物的復(fù)合物。

優(yōu)選地，所述陽極催化劑顆粒3為具備電催化和多相臭氧催化功能的顆粒，其由基體和負載在基體上的催化層組成；所述基體為活性炭、氧化鋁或陶瓷顆粒，所述催化層為ti、mn、ce、cu、fe、ni、sn、sb、pb的氧化物或上述金屬氧化物的復(fù)合物；

所述陰極催化劑顆粒5為具備電還原o2產(chǎn)h2o2能力的炭質(zhì)顆粒；所陰極催化劑顆粒5為活性炭、石墨顆?；蛘哂沙壧亢谥苽涞念w粒狀物體。

更優(yōu)選地，所述的管狀曝氣陽極2為負載tixsnysb1-x-yoz納米花狀復(fù)合氧化物的多孔鈦臭氧曝氣器，管狀曝氣陰極4為臭氧曝氣器基體。所述陽極催化劑顆粒3為負載ti、mn、sn、sb復(fù)合氧化物的活性炭顆粒，陰極催化劑顆粒5為顆粒活性炭。

上述技術(shù)方案中，管狀曝氣陽極2和管狀曝氣陰極4的間距優(yōu)選為10mm～50mm。

本發(fā)明還提供一種污水處理的方法，其是，采用上述的填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置，通過施加臭氧、電場進行污水處理；該裝置中的管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極同時參與自由基產(chǎn)生，用于污染物降解。

其工作原料具體如下：

管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極同時作為氣體曝氣器、電極材料以及o3催化材料；臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的o2/o3混合氣體同時通過填充有顆粒催化劑的管狀曝氣陽極和管狀曝氣陰極，在陽極區(qū)域，o3在電場、陽極表面催化層、陽極內(nèi)填充的顆粒催化劑作用下發(fā)生電化學(xué)-多相臭氧催化反應(yīng)，將o3催化成·o、o2^·-、·oh等自由基，同時陽極還可將水中氯離子氧化為活性氯等活性物質(zhì)，與活性氧自由基共同參與污染物降解；在陰極區(qū)域，o3、o2可以在電場、陰極表面催化層、陰極內(nèi)填充的顆粒催化劑作用下發(fā)生電化學(xué)-過臭氧催化反應(yīng)，將o3、o2催化成o2^·-、·oh等自由基，具體為：o2/o3混合氣體中的o2在管狀曝氣陰極表面以及陰極顆粒催化劑作用下，通過電化學(xué)還原作用原位產(chǎn)生h2o2，產(chǎn)生的h2o2與混合氣體中的o3發(fā)生過臭氧氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氧化能力更強的活性氧自由基。該方法中陰極、陽極同時參與自由基產(chǎn)生，用于污染物降解。

本發(fā)明提供一種填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置和污水處理的方法。上述裝置在反應(yīng)器內(nèi)等間距布置了負載催化劑的管狀多孔鈦曝氣陽極和曝氣陰極，同時在其內(nèi)部分別填充具有臭氧多相催化和過臭氧催化功能的顆粒填料。曝氣陽極、陰極在電場、臭氧氣體作用下分別發(fā)生電-多相臭氧催化和電-過臭氧催化反應(yīng)，協(xié)同產(chǎn)生大量的活性氧自由基，促進污染物降解。鑒于該填充式曝氣電極的功能多樣性以及獨特的流通式構(gòu)型，具有傳質(zhì)性能良好、氣、固、液三相反應(yīng)充分的特點。因此本發(fā)明具有羥基自由基產(chǎn)量高，氧化能力強，結(jié)構(gòu)簡潔、模塊化設(shè)計、易推廣等特點，可用于難降解有機廢水預(yù)處理或深度處理。

以上對本發(fā)明所提供的填充式管狀電化學(xué)-多相-過臭氧催化裝置和污水處理的方法進行了詳細介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。