一种含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法技术

一种含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法，在密封性良好的连续进气电化学催化氧化反应槽中，以钛基金属氧化物涂层电极作阳极，不锈钢、石墨或钛板作阴极，所述阳极和阴极同时垂直穿过吸附材料，并浸没于电解液中，通电，在所述反应槽底部通入含氯挥发性/半挥发性有机化合物，进行电化学降解，实现气体达标排放。本发明专利技术方法Cl

【技术实现步骤摘要】
一种含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法


[0001]本专利技术涉及一种电化学降解方法，具体涉及一种含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法。

技术介绍

[0002]目前，我国的大气污染类型呈现出区域性复合污染，近地面臭氧（O3）和PM
2.5
污染已成为制约全国各地环境空气质量的首要因素，挥发性有机化合物（VOCs）作为PM
2.5
和O3的重要前驱体之一，影响着区域大气环境质量的改善。作为VOCs中重要的一类，Cl
‑
VOCs来源广泛，且难以生物降解，并对人体具有很强的“三致”效应。当前除了源头减排和过程控制Cl
‑
VOCs的排放外，对于无组织排放的Cl
‑
VOCs，通常在收集的基础上采用末端净化装置。
[0003]目前，Cl
‑
VOCs的控制技术主要包括以吸附吸收法、膜分离和冷凝技术为代表的回收技术，和以燃烧、生物降解和催化氧化为代表的销毁技术。其中，吸附吸收过程中产生的大量吸收剂和吸附材料属于危废，需要特殊处理，处理费用不仅昂贵，处理不当还会造成二次污染；冷凝法和膜分离技术只适用于处理高浓度的Cl
‑
VOCs，应用范围局限性大，且设备需要经常维护；Cl
‑
VOCs在燃烧过程中不仅会产生易腐蚀设备的酸性物质，还会产生以二噁英为代表的危害性更大的二次污染物，在处理含卤素有机化合物时还会腐蚀设备，影响处理设施的正常运营；而生物降解法因其局限性难以净化高浓度、高毒性的Cl
‑
VOCs。
[0004]CN110980894A公开了一种挥发性有机物的电化学降解方法，是将Cl
‑
VOCs溶于离子液体，以离子液体作为电解质，搭建电解池进行恒电位电解，通过电流作用产生活性羟基自由基与有机物发生直接氧化作用，实现去除污染物的目的。但是，该方法所使用的铂片电极和离子液体价格昂贵，离子液体在一定电压下还会分解，失去对VOCs的吸收或吸附能力，且不能满足实际工业中高气体流量的需求。
[0005]因此，亟待找到一种Cl
‑
VOCs去除率高，不产生二次污染，满足排放标准，操作简单，成本低，适宜于工业化生产的含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种Cl
‑
VOCs去除率高，不产生二次污染，满足排放标准，操作简单，成本低，适宜于工业化生产的含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法，在密封性良好的连续进气电化学催化氧化反应槽中，以钛基金属氧化物涂层电极作阳极，不锈钢、石墨或钛板作阴极，所述阳极和阴极同时垂直穿过吸附材料，并浸没于电解液中，通电，在所述反应槽底部通入含氯挥发性/半挥发性有机化合物，进行电化学降解，实现气体达标排放。所述密封性良好的连续进气电化学催化氧化反应槽上设有进气口和排气口。
[0008]本专利技术方法的专利技术思路是：使用寿命长、电催化活性高且价格相对低廉的阳极材
料，通过协同使用吸附材料克服现有电化学控制技术不能连续处理气体中Cl
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VOCs的不足，设计了一种可连续高效降解含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学方法。
[0009]优选地，所述金属氧化物涂层的厚度为5～25 μm（更优选10～20 μm）。若电极表面金属氧化物涂层厚度过薄，会造成电极材料表面催化活性较弱，难以高效产生氧化性物质；若电极表面金属氧化物涂层厚度过厚，不仅对电极的电催化活性并没有较高的提升，反而会增加电极材料的制备价格。
[0010]优选地，所述金属氧化物为IrO2和Ta2O5与SnO2、Sb2O3、RuO2、La2O3或Ce2O3的摩尔比为1:0.2～0.5:0.01～0.50（更优选1:0.2～0.5:0.03～0.30）的混合物。所述金属氧化物能够提高电极材料的稳定性和使用寿命，对目标污染物有着较强的选择性，同时具有较高析氧电位和较低的析氯电位，且相较于铂电极具有更好的催化活性和低廉的制备价格。
[0011]优选地，所述钛基金属氧化物涂层电极的制备方法为热沉积法。
[0012]优选地，所述钛基金属氧化物涂层电极的制备方法，包括以下步骤：（1）基体预处理：将钛板打磨粗糙，水洗，然后在有机溶液中超声清洗，再用碱性水溶液浸泡处理，在水中超声清洗，置于有机溶液中备用；（2）金属氧化物涂层的制备：将金属氯化物加入酸性醇溶液中，超声混合，静置陈化，得金属氯化物溶液；（3）电极的制备：将步骤（1）预处理的钛板置于步骤（2）所得金属氯化物溶液中，浸渍，干燥并冷却至室温后，再重复浸渍干燥≥2次，然后进行热氧化处理，冷却至室温后，重复浸渍干燥和热氧化处理操作≥8次，冷却至室温，在水中超声清洗，即成。
[0013]优选地，步骤（1）中，用400～1200目的耐水砂纸打磨。表面打磨粗糙后，更易与金属氧化物涂层相结合。
[0014]优选地，步骤（1）中，所述有机溶液包括无水乙醇、丙酮或异丙醇等中的一种或几种。
[0015]优选地，步骤（1）中，所述碱性水溶液的浓度为1～4 mol/L。用碱性水溶液浸泡处理的目的是去除钛板表面的油脂与其它杂质。
[0016]优选地，步骤（1）中，所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙等中的一种或几种。
[0017]优选地，步骤（1）中，所述浸泡处理的温度为70～90℃，时间为0.5～2.0 h。
[0018]优选地，步骤（1）中，所述超声清洗的频率均为20～60 kHz，时间均为15～45 min。
[0019]优选地，步骤（2）中，所述金属氯化物与酸性醇溶液的摩尔体积比为1:0.4～4.0 mmol/mL（更优选1:0.5～3.0 mmol/mL）。
[0020]优选地，步骤（2）中，所述金属氯化物为IrCl4和TaCl5与SnCl4、SbCl3、RuCl4、LaCl3或CeCl3的摩尔比为1:0.4～1.0:0.01～1.0（更优选1:0.4～1.0:0.03～0.60）的混合物。
[0021]优选地，步骤（2）中，所述酸性醇溶液中酸与醇的体积比为1:5～15。
[0022]优选地，步骤（2）中，所述酸包括盐酸和/或柠檬酸等。
[0023]优选地，步骤（2）中，所述醇包括无水乙醇、乙二醇或异丙醇等中的一种或几种。
[0024]优选地，步骤（2）中，所述超声混合的频率为20～60 kHz，时间为0.5～1.5 h。
[0025]优选地，步骤（2）中，所述静置陈化的温度为5～45℃（更优选20～40℃），时间为1～5 h。静置陈化是为了让金属氯化物充分溶解在酸性醇溶液中，并形成具有一定黏性的金
属氯化物溶液。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法，其特征在于：在密封性良好的连续进气电化学催化氧化反应槽中，以钛基金属氧化物涂层电极作阳极，不锈钢、石墨或钛板作阴极，所述阳极和阴极同时垂直穿过吸附材料，并浸没于电解液中，通电，在所述反应槽底部通入含氯挥发性/半挥发性有机化合物，进行电化学降解，实现气体达标排放。2.根据权利要求1所述含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法，其特征在于：所述金属氧化物涂层的厚度为5～25 μm；所述金属氧化物为IrO2和Ta2O5与SnO2、Sb2O3、RuO2、La2O3或Ce2O3的摩尔比为1:0.2～0.5:0.01～0.50的混合物。3.根据权利要求1或2所述含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法，其特征在于：所述钛基金属氧化物涂层电极的制备方法，包括以下步骤：（1）基体预处理：将钛板打磨粗糙，水洗，然后在有机溶液中超声清洗，再用碱性水溶液浸泡处理，在水中超声清洗，置于有机溶液中备用；（2）金属氧化物涂层的制备：将金属氯化物加入酸性醇溶液中，超声混合，静置陈化，得金属氯化物溶液；（3）电极的制备：将步骤（1）预处理的钛板置于步骤（2）所得金属氯化物溶液中，浸渍，干燥并冷却至室温后，再重复浸渍干燥≥2次，然后进行热氧化处理，冷却至室温后，重复浸渍干燥和热氧化处理操作≥8次，冷却至室温，在水中超声清洗，即成。4.根据权利要求3所述含氯挥发性/半挥发性有机化合物的电化学降解方法，其特征在于：步骤（1）中，用400～1200目的耐水砂纸打磨；所述有机溶液包括无水乙醇、丙酮或异丙醇中的一种或几种；所述碱性水溶液的浓度为1～4 mol/L；所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或几种；所述浸泡处理的温度为70～90℃，时间为0.5～2.0 h；所述超声清洗的频率均为20～60 kHz，时间均为15～45 min；步骤（2）中，所述金属氯化物与酸性醇溶液的摩尔体积比为1:0.4～4.0 mmol/mL；所述金属氯化物为IrCl4和TaCl5与SnCl4、SbCl3、RuCl4、LaCl3或CeCl3的摩尔比为1:0.4～1.0:0.01～1.0的混合物；所述酸性醇溶液中酸与醇的体积比为1:5～15；所述酸包括盐酸和/或柠檬酸；所述醇包括无水乙醇、乙二醇或异丙醇中的一种或几种；所述超声混合的频率为20～60 kHz，时间为0.5～1.5 h；所述静置陈化的温度为5～45℃，时间为1～5 h；步骤（3）中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡辉，陈中明，李坤鹏，袁士成，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：