本发明专利技术提供了一种用于高级氧化降解有机物的电解池装置及其应用，包括用于电催化氧气还原制备双氧水的膜电极固态电解质电池及掺杂在固态电解质中的芬顿催化剂，本发明专利技术公开了上述用于降解有机物的电解池装置的电池构造及上述电解池装置在降解工业有机污水中的应用。在本发明专利技术公开的用于高级氧化降解有机物的电解池装置中，在阴极电催化氧气还原的双氧水由于浓度梯度自发越过阳离子膜扩散至固态电解质层，被掺杂在固态电解质中的芬顿催化剂原位催化为具有强氧化能力的羟基自由基，生成的自由基与有机污染物快速而非选择性地反应，并最终将其矿化成无害的小分子，从而实现高效降解有机污染物。解有机污染物。解有机污染物。
【技术实现步骤摘要】
一种用于高级氧化降解有机物的电解池装置及其应用
[0001]本专利技术涉及环境保护
，涉及一种高级氧化降解有机物的方法，尤其涉及一种用于高级氧化降解有机物的电解池装置及其应用
技术介绍
[0002]随着我国城市化、工业化进程的加速，全国废水的排放量也逐年增加，导致自然水体不断恶化，水污染治理形势严峻与国民经济持续增长、人民生活水平逐渐提高之间的矛盾日益凸显，水体污染、水资源短缺已经成为我国经济社会实现可持续发展的严重制约因素。高浓度难降解有机废水治理的需求量更大，但是能够经济有效处理高浓度难降解有机废水的技术极度匮乏。目前高浓度难降解有机废水的常用处理方法主要有焚烧法、超临界水氧化法和催化湿式氧化法。焚烧法成本较高，且焚烧法会产生硫氧化物、氮氧化物和二噁英等废气。超临界水氧化法由于其苛刻的反应条件对设备材质的要求极高，投资大且运行成本过高。因此，目前急需开发一种经济有效的降解高浓度难降解有机废水的技术。
[0003]双氧水(H2O2)是一种重要的，被广泛应用于化工领域的绿色化学氧化剂。H2O2可在芬顿催化剂的作用下生成具有强氧化能力的羟基自由基，其具有去除难降解有机污染物的高能力，在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中有很广泛的应用。然而，目前工业生产需要繁琐和高成本的提纯和蒸馏过程来获得适合商业有机废水处理用途的高浓度H2O2溶液，极大限制了H2O2在高级氧化处理工业废水上的应用。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种绿色经济有效的降解有机物的技术方法，通过串联H2O2固态电解质电解池合成反应器与芬顿催化剂，将O2电还原生成的H2O2原位催化为具有强氧化能力的羟基自由基，生成的自由基与有机污染物快速而非选择性地反应，并最终将其矿化成无害的小分子。采用本专利技术提供的高级氧化降解有机物的膜电极固态电解质电解池装置可高效将工业高浓度难降解有机废水降解为无机小分子，且使用能源清洁，在降解过程中不产生任何污染，可极大程度上降低有机废水处理中对环境造成的二次污染。且反应装置稳定，适宜商业化运用，能够实现工业化高效处理工业高浓度有机污水，对工业化高浓度难降解污水处理产业有有重要意义。
[0005]本专利技术提供了一种用于高级氧化降解有机物的电解池装置，包括电解池、设置于电解池中的用于电催化氧气还原制备双氧水的膜电极固态电解质，及掺杂在膜电极固态电解质中的芬顿催化剂。
[0006]所述电解池中设有工作电极、第一层阳离子交换膜、固态电解质层、芬顿催化剂，第一层阳离子交换膜和对电极，
[0007]在本专利技术中，所述第一层阳离子交换膜紧贴合在所述工作电极上；
[0008]在本专利技术中，所述固态电解质层紧贴合在所述第一层阳离子交换膜上；
[0009]在本专利技术中，所述芬顿催化剂均匀掺杂在所述固态电解质中；
[0010]在本专利技术中，所述第二层阳离子交换膜紧贴合在所述固态电解质层上；
[0011]在本专利技术中，所述对电极紧贴合在所述第二层阳离子交换膜上。
[0012]在本专利技术中，所述第二层阳离子交换膜可用双极膜替换；
[0013]在本专利技术中，所述工作电极优选包括负载有活性炭、氧化活性炭、硼/氮/ 硫掺杂活性炭、石墨烯、氧化石墨烯、硼/氮掺杂石墨烯、碳纳米管、硼/氮/ 硫掺杂碳负载的钴/锰/铂/钯/金单原子催化剂、硫化钼负载的钴/锰/铂/钯/金单原子催化剂，硒化钴、硫化钴、硫化钯、磷化钯、磷化铂、硼/氮/硫掺杂碳 /二氧化钛负载的金钯合金、金铂合金、铂汞合金、钯汞合金等用于电催化氧气还原制备双氧水中的一种或多种任意催化剂的气体扩散电极。
[0014]在本专利技术中，工作电极氧还原的气体氛围为氧气或空气，优选气氛为氧气。
[0015]在本专利技术中所述气体的流速优选为20～50sccm，更优选为30～40sccm。
[0016]在本专利技术中，所述固态电解质层的材质包括苯乙烯
‑
二乙烯基苯共聚物、 Cs
x
H3‑
x
PW
12
O
40
、陶瓷和10wt％H3PO4/聚乙烯吡咯烷酮凝胶中的一种或多种，优选为苯乙烯
‑
二乙烯基苯共聚物、Cs
x
H3‑
x
PW
12
O
40
、陶瓷或10wt％H3PO4/聚乙烯吡咯烷酮凝胶。
[0017]在本专利技术中，所述阳离子交换膜的型号包括Nafion 115、Nafion 117、NafionNR211、Nafion NR212、Nafion HP、Nafion NC700、Nafion XL、Gore MX765.08、 Gore M788.12和Gore M735.18中的一种或多种，优选为Nafion NC700、 Gore MX765.08或Gore M788.12。
[0018]在本专利技术中，所述双极膜的型号优选包括Fumasep FBM,XionBPM
‑
Aquivion,Xion BPM
‑
Dyneon,Xion BPM
‑
Durion中的一种或多种。
[0019]在本专利技术中，所述对电极的材质优选包括氧化铱、氧化钌、泡沫镍、氧化钛、金属铱/钌和铁镍层状双金属氢氧化物中的一种或多种；更优选为氧化铱、氧化钌、泡沫镍、金属铱/钌或铁镍层状双金属氢氧化物。
[0020]在本专利技术中，本专利技术所述芬顿催化剂包括铁氧化物、铜氧化物、锰氧化物、钛氧化物、钴氧化物、铁镍/铁钴/铜镍/铜钴层状双金属氢氧化物、镧铁/ 钙铁/鉍铁/镧铜/钙铜金属钙钛矿氧化物、氧化石墨烯/活性炭/氮掺杂碳负载的铁/铜/锰/钛/钴氧化物、氧化石墨烯/活性炭/氮掺杂碳负载的铁/铜/锰/钛/ 钴单原子催化剂中的一种或多种，优选为氮掺杂碳负载的钴单原子催化剂。
[0021]在本专利技术中，还包括具有气体扩散凹槽的阴极外壳、固态电解质层边框和具有气体扩散凹槽的阳极外壳；
[0022]在本专利技术中，所述阴极外壳、固态电解质层边框和阳极外壳从上至下贴合固定后，优选形成密封结构；
[0023]在本专利技术中，所述阴极外壳的气体扩散凹槽以外的边缘和第一层阳离子交换膜之间优选设置有密封垫片；
[0024]在本专利技术中，所述固态电解质层边框和第一层阳离子交换膜之间优选设置有密封垫片；
[0025]在本专利技术中，所述固态电解质层边框和第二层阳离子交换膜之间优选设置有密封垫片；
[0026]在本专利技术中，所述阳极外壳的气体扩散凹槽以外的边缘和第二层阳离子交换膜之
间优选设置有密封垫片；
[0027]在本专利技术中，所述工作电极优选紧贴合在所述阴极外壳的凹槽上；
[0028]在本专利技术中，所述对电极优选紧贴合在所述阳极外壳的凹槽上；
[0029]在本专利技术中，所述阴极外壳上优选设置有氧气进气口和氧气出气口；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于高级氧化降解有机物的电解池装置，其特征在于：包括电解池、设置于电解池中的用于电催化氧气还原制备双氧水的膜电极固态电解质，及掺杂在膜电极固态电解质中的芬顿催化剂。2.根据权利要求1所述的一种用于高级氧化降解有机物的电解池装置，其特征在于：所述电解池中设有工作电极(1)、第一层阳离子交换膜(2)、固态电解质层(3)、芬顿催化剂、第二层阳离子交换膜(4)和对电极(5)，所述第一层阳离子交换膜(2)紧贴合在所述工作电极(1)上；所述固态电解质层(3)紧贴合在所述第一层阳离子交换膜(2)上；所述芬顿催化剂均匀掺杂在固态电解质中；所述第二层阳离子交换膜(4)紧贴合在所述固态电解质层(3)上；所述对电极(5)紧贴合在所述第二层阳离子交换膜(4)上。3.根据权利要求2所述的一种用于高级氧化降解有机物的电解池装置，其特征在于：所述第二层阳离子交换膜(4)可用双极膜替换，所述双极膜的型号包括Fumasep FBM,Xion BPM
‑
Aquivion,Xion BPM
‑
Dyneon,Xion BPM
‑
Durion中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的一种用于高级氧化降解有机物的电解池装置，其特征在于：所述工作电极(1)包括负载有活性炭、氧化活性炭、硼/氮/硫掺杂活性炭、石墨烯、氧化石墨烯、硼/氮掺杂石墨烯、碳纳米管、硼/氮/硫掺杂碳负载的钴/锰/铂/钯/金单原子催化剂、硫化钼负载的钴/锰/铂/钯/金单原子催化剂，硒化钴、硫化钴、硫化钯、磷化钯、磷化铂、硼/氮/硫掺杂碳/二氧化钛负载的金钯合金、金铂合金、铂汞合金、钯汞合金等用于电催化氧气还原制备双氧水中的一种或多种任意催化剂的碳材料；所述固态电解质层(3)的材质包括苯乙烯
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二乙烯基苯共聚物、Cs
x
H3‑
x
PW
12
O
40
、陶瓷和10wt％H3PO4/聚乙烯吡咯烷酮凝胶中的一种或多种；所述第一层阳离子交换膜(2)和第二层阳离子交换膜(4)的型号包括Nafion 115、Nafion 117、nafion N212和Nafion 1110中的一种或多种；所述对电极(5)的材质包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏川，张梦露，刘春晓，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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