非均相电Fenton体系及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种非均相电Fenton体系及其制备和应用，并具体公开了一种石墨稀、金属氧化物、聚四氟乙烯等制成的复合阴极电极，与惰性阳极在含电解质溶液的电解池中组成非均相电Fenton体系，将待处理的含有污染物的废液置于该电Fenton体系中进行有效降解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境保护和污水处理领域，具体涉及。
技术介绍
电Fenton法是近来备受关注的高级氧化技术之一，利用电化学法电解产生具有强氧化性的.0H来氧化废水中的有机物。电Fenton体系主要是在通电情况下，在阴极区电催化生产H202，在溶液中与变价金属离子(如Fe3+/Fe2+等)反应生成强氧化剂羟基自由基(.0H)，.0H活性高，氧化能力强，可以有效降解甚至矿化有机有毒污染物。相对于经典Fenton体系，溶液中的H202可以在阴极区持续产生，同时，Fenton反应产生的Fe3+可以在阴极区还原为Fe2+，使Fenton反应得以持续，大大提高了Fenton反应的氧化效率。因此，电Fenton技术具有设备简单，操作容易，运行效率持续等优点。但是目前在运用该体系处理废水的过程中，需要调节废水的pH至酸性，约束了其工业化应用。因此，如何提高电Fenton体系处理废水的pH范围是电Fenton技术的一个研究重点。综上所述，目前本领域尚缺乏提高电Fenton体系处理废水的pH值范围的有效手段。因此，本领域迫切需要研发出能够在更宽pH范围、高效工作的电Fenton体系，以便应用于污水处理等场合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够在更宽pH范围、高效工作的电Fenton体系及其在污水处理等场合的应用。在本专利技术的第一方面，提供了一种电Fenton体系，所述电Fenton体系包括:复合阴极电极、惰性阳极和电解质溶液，其中，所述复合阴极电极含有石墨烯、金属氧化物和聚四氟乙稀。在另一优选例中，所述金属氧化物选自下组:氧化亚铜、氧化亚铁、四氧化三铁、或其组合。在另一优选例中，所述石墨稀与金属氧化物的质量比为10:1-1:1，较佳地为8:1-2:1，更佳地为6:1-3:1。在另一优选例中，所述石墨烯与聚四氟乙烯的质量比为50:1-1: 1，较佳地为30:1-2:1，更佳地为 20:1-5:1。在另一优选例中，所述复合阴极电极中石墨烯、金属氧化物和聚四氟乙烯的质量比为(5-50): (2-50):(1-5)，较佳地为(10-30): (3-10): (1-3)。在另一优选例中，所述的复合阴极电极中，石墨烯、金属氧化物和聚四氟乙烯三者的重量之和占复合阴极电极重量(其中密封材料(如环氧树脂)除外)的90-100%，较佳地95-100%，更佳地98-100%，最佳地99-100%。在另一优选例中，所述的复合阴极电极的至少一个主表面用密封材料(如环氧树月旨)进行密封。在另一优选例中，所述石墨稀纯度2 99wt% (如99-99.99界1:% )。在另一优选例中，所述石墨稀平均直径为1-50μηι，较佳地为2-30μηι，更佳地约10土5ym0在另一优选例中，所述石墨烯选自下组:单层石墨烯、多层石墨烯、或其组合。在另一优选例中，所述复合阴极电极的尺寸为1-lOcm2，较佳地为2-8cm2，更佳地为3-5cm2。 在另一优选例中，所述复合阴极电极的厚度为0.5-100mm，较佳地为l-20mm，更佳地为 2-10mm。在另一优选例中，所述惰性阳极为惰性贵金属电极，较佳地为铀电极。在另一优选例中，所述电解质溶液选自下组:硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵或其组合。在另一优选例中，所述电Fenton体系还包括待处理的含有污染物的废液，较佳地所述待处理的废液包括有机废水。在另一优选例中，所述有机废水选自下组:染料废水、制药废水、生活污水或其组入口 ο在另一优选例中，所述待处理的含有污染物的废液的⑶D为10_300mg/L，优选为100_150mg/L。在另一优选例中，所述电Fenton体系中，待处理的含有污染物的废液的浓度为0.1 -50g/L，较佳地为 1 -40g/L，更佳地为 5-20g/L。在另一优选例中，所述惰性阳极电极和所述复合阴极电极之间的电势差为0.5-20V/cm，较佳地为 1 -1 OV/cm。在另一优选例中，所述惰性阳极电极和所述复合阴极电极之间的距离为l-6cm，较佳地为2-5cm0在另一优选例中，所述电Fenton体系还包括外加电源。在另一优选例中，所述外加电压为1-10V，较佳地为2-6V。在另一优选例中，所述电Fenton体系(含或不含待处理的含有污染物的废液)的pH范围为2-11，较佳地3-10，更佳地3.5-8.5。在另一优选例中，所述电Fenton体系温度为5_50°C，较佳地为10_40°C，更佳地为15-30。。。本专利技术第二方面，提供一种制备如本专利技术第一方面所述的电Fenton体系的方法，所述方法包括如下步骤:(1)制备所述复合阴极电极，其中，所述复合阴极电极含有石墨烯、金属氧化物和聚四氟乙烯；(2)将步骤(1)制得的复合阴极电极与惰性阳极以及电解质溶液组装成如本专利技术第一方面所述的电Fenton体系。在另一优选例中，所述方法还包括步骤(3):向上一步骤获得的所述电Fenton体系中添加待处理的污染物或含所述污染物的废液，在一定电压下通电一段时间，对所述污染物进行降解。在另一优选例中，在所述步骤(1)中，包括:将以下电极原料进行混合，获得第一混合物:石墨烯、金属氧化物、聚四氟乙烯、乳化剂和C1-C6醇溶剂；以及对所述第一混合物进行烧结，从而制得所述的复合阴极电极。在另一优选例中，所述步骤(1)包括:取一定量的石墨烯、氧化亚铜粉体、聚四氟乙烯、0P乳化剂和无水乙醇，混合形成膏体，将所述膏体碾压成膜状，附着在金属镍网上，在液压机上进行压制，制得石墨烯/氧化亚铜电极，于丙酮溶液中浸泡一段时间除去电极表面残留的乙醇和聚四氟乙烯。在另一优选例中，所述步骤(2)为:将步骤(1)得到的复合阴极电极作为阴极，将铂片作为阳极，以硫酸盐溶液为电解质，通过曝气装置对阴极区进行曝气，同时施加直流稳压形成非均相电Fenton体系。在另一优选例中，所述的乳化剂为0P乳化剂。在另一优选例中，所述的乳化剂的用量为第一混合物总重量的0.1-0.5wt%，较佳Jt0.2-0.4wt%o在另一优选例中，所述的C1-C6醇溶剂的用量为第一混合物总重量的0.Ι-Ο.5wt %，较佳地0.2-0.4wt %。在另一优选例中，所述惰性阳极电极和复合阴极电极之间的电势差0.5-20V/cm，较佳地l-10V/cmo在另一优选例中，所述惰性阳极电极和复合阴极电极之间的距离为l-6cm，较佳地为2_5cm0在另一优选例中，所述电Fenton体系(含或不含待处理的含有污染物的废液)的pH范围为2-11，较佳地3-10，更佳地3.5 — 8.5。在另一优选例中，所述通电时间为0.1-24小时，较佳地30-360min，较佳地为60-240mino本专利技术第三方面，提供一种污染物处理装置，包括如本专利技术第一方面所述的电Fenton体系以及曝气装置。在另一优选例中，所述的曝气装置用于对电Fenton体系的阴极区进行曝气。在另一优选例中，所述装置还包括搅拌装置。在另一优选例中，所述装置还包括污染物检测装置。本专利技术第四方面，提供一种用本专利技术第一方面所述的体系的应用，用于降解待处理的污染物或含所述污染物的废液。在另一优选例中，所述有机废水选自下组:染料废水、制药废水、生活污水或其组入口 ο在另一优选例中，所述待处理的含有污染物的废液的COD为10_300m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电Fenton体系，其特征在于，所述电Fenton体系包括：复合阴极电极、惰性阳极和电解质溶液，其中，所述复合阴极电极含有石墨烯、金属氧化物和聚四氟乙烯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘栓，赵文杰，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33