一种自放电式阳极氧化系统和应用技术方案

本发明专利技术公开了一种自放电式阳极氧化系统和应用，该系统包括对应布置的阴极仓和阳极仓，以及设置于阴极仓和阳极仓之间的仓间隔离膜；所述阴极仓和阳极仓均包括反应仓、储液仓和布置于其内的电极片、反应液；阴极反应仓和阳极反应仓设置于同一个反应仓内，通过仓间隔离膜间隔开；阴极电极片和阳极电极片均与外电路相连接并输出电压；阴极电极片的材质为碳纸或碳纤维布；阳极电极片采用阳极催化材料涂覆在集流体上制成，所述集流体为金属钛片或亲水碳纸，所述阳极催化材料为SnO2、RuO2、Fe3O4、TiO2、Ti4O7中的一种或一种以上；仓间隔离膜为质子交换膜或双极性膜。本发明专利技术可实现高价铬和有机染料的废物资源综合利用。有机染料的废物资源综合利用。有机染料的废物资源综合利用。

【技术实现步骤摘要】
一种自放电式阳极氧化系统和应用


[0001]本专利技术属于铬、有机废水处理领域，具体涉及一种自放电式阳极氧化系统和应用。

技术介绍

[0002]铬废液(六价铬，Cr(VI))和染料废水是对水生态系统和人类健康的直接威胁。Cr(VI)具有高溶解性、剧毒性，其废水主要源于电镀、冶金、制革等行业。Cr化合物干扰生物体的酶体系，其废水必须严格控制Cr(VI)的浓度，达标后才允许排放。有机染料一般含有显色官能团，是一种难以被降解而且有毒性的污染物，有机染料废水主要来源于以加工棉、麻、化纤产品、丝绸为主的印染厂等排出的废水。对这两种废水的处理刻不容缓。
[0003]高价铬具有较高的电极电位及氧化性，可以作为原电池阴极活性物质。高价铬Cr(VI)的一般处理方法为还原沉淀法，该方法需要加入大量还原剂还原高价铬，这也直接浪费了高价铬所具备的化学能。有机染料废水处理的主要技术方法可以分为生化处理法、化学处理法和物理处理法，生化处理和化学处理都需要用到氧化技术。高价铬Cr(VI)的处理需要还原，有机染料的处理需要氧化，但现有技术中缺少同时兼顾高价铬还原和有机染料氧化的技术。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种自放电式阳极氧化系统和应用，基于电化学技术，通过阴极Cr(VI)污染物与阳极水组成原电池，放电过程阴极Cr(VI)得到还原，而阳极附近产生电场效应，借助阳极催化剂及电场效应实现电子的转移，从而氧化阳极区域的有机染料，一举两得实现高价铬和有机染料的废物资源综合利用。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种自放电式阳极氧化系统，包括对应布置的阴极仓和阳极仓，以及设置于阴极仓和阳极仓之间的仓间隔离膜；其中，
[0007]所述阴极仓包括阴极反应仓、阴极储液仓、阴极电极片、阴极反应液、阴极蠕动泵、阴极进口软管和阴极出口软管；所述阴极电极片设置于所述阴极反应仓的内侧，所述阴极储液仓通过阴极进口软管和阴极出口软管与所述阴极反应仓相连，所述阴极反应液设置于所述阴极反应仓和所述阴极储液仓内，所述阴极蠕动泵设置于所述阴极出口软管上；利用阴极蠕动泵使阴极反应液在阴极反应仓和阴极储液仓内循环流动；
[0008]所述阳极仓包括阳极反应仓、阳极储液仓、阳极电极片、阳极反应液、阳极蠕动泵、阳极进口软管和阳极出口软管；所述阳极电极片设置于所述阳极反应仓的内侧，所述阳极储液仓通过阳极进口软管和阳极出口软管与所述阳极反应仓相连，所述阳极反应液设置于所述阳极反应仓和所述阳极储液仓内，所述阳极蠕动泵设置于所述阳极出口软管上；利用阳极蠕动泵使阳极反应液在阳极反应仓和阳极储液仓内循环流动；
[0009]所述阴极反应仓和所述阳极反应仓设置于同一个反应仓内，通过所述仓间隔离膜间隔开；所述阴极电极片和所述阳极电极片均与外电路相连接并输出电压；
[0010]所述阴极电极片的材质为碳纸或碳纤维布；所述阳极电极片包括集流体和阳极催化材料，所述阳极催化材料涂覆在所述集流体上，所述集流体为金属钛片或亲水碳纸，所述阳极催化材料为SnO2、RuO2、Fe3O4、TiO2、Ti4O7中的一种或一种以上；所述仓间隔离膜为质子交换膜或双极性膜。
[0011]优选地，所述阴极反应仓和所述阳极反应仓的体积均为3cm
×
3cm
×
2cm；所述阴极储液仓和所述阳极储液仓的容积均为50～100mL。
[0012]优选地，所述阴极仓和所述阳极仓的材质均为亚克力材质；所述阴极电极片为HCP030N型亲水碳纸或W1S1002型亲水碳纤维布；所述集流体为HCP030N型亲水碳纸；所述仓间隔离膜为N117质子交换膜。
[0013]优选地，所述阴极反应液为酸性的Cr(VI)溶液；所述阳极反应液为碱性的有机染料水溶液。
[0014]优选地，所述阴极反应液为K2Cr2O7与Na2SO4的混合液，pH通过H2SO4调至3～5；所述阳极反应液为甲基橙、靛蓝、刚果红、茜素绿中的一种染料与Na2SO4的混合液，pH通过NaOH调至11～13。
[0015]一种自放电式阳极氧化系统在废水处理中的应用。
[0016]优选地，所述废水为铬废液和有机染料废水。
[0017]优选地，所述废水处理包括以下步骤：
[0018]步骤1)将阴极电极片置于阴极反应仓的内侧；将阳极催化材料涂覆在集流体上制成阳极反应片，将阳极电极片置于阳极反应仓的内侧；将仓间隔离膜置于阴极反应仓和阳极反应仓之间；
[0019]步骤2)将阴极反应仓上的阴极出口软管连接至阴极储液仓，将铬废液作为阴极反应液由阴极反应仓上的阴极进口软管通入阴极反应仓内，再将阴极进口软管连接至阴极储液仓；将阳极反应仓上的阳极出口软管连接至阳极储液仓，将有机染料废水作为阳极反应液由阳极反应仓上的阳极进口软管通入阳极反应仓内，再将阳极进口软管连接至阳极储液仓；利用阴极蠕动泵和阳极蠕动泵使阴极储液仓、阳极储液仓内的液体分别流动到阴极反应仓、阳极反应仓内并在其间不断循环流动；
[0020]步骤3)将阴极电极片和阳极电极片通过外电路连接，实现电能的输出。
[0021]优选地，步骤1)所述将阳极催化材料涂覆在集流体上的步骤如下：将阳极催化材料通过与导电碳、粘结剂混合并一起溶解在有机溶剂中，搅拌研磨后涂覆在集流体上；所述导电碳为Super P；所述粘结剂为Nafion；所述有机溶剂为乙醇；所述阳极催化材料、导电碳和粘结剂的质量比为(1～10):2:2。
[0022]优选地，步骤2)所述阴极蠕动泵和阳极蠕动泵的流速均为0.05～0.5mL/min。
[0023]本专利技术的有益效果如下：
[0024]本专利技术提供了一种基于自放电式阳极氧化系统并利用其同时处理铬废液和有机染料的方法。在氧化还原电池基础上，通过Cr(VI)氧化氢氧根离子，达到还原Cr(VI)的作用并形成电场，在催化剂及电场的作用下发生阳极氧化反应，使得阳极染料废水得到降解。该方法实现同时处理铬和有机废水的步骤，还能在处理的同时能释放电能，实现了高价铬和有机染料的废物资源综合利用。
附图说明
[0025]图1为自放电式阳极氧化系统的结构示意图；
[0026]图1中：1、阴极仓；1
‑
1、阴极反应仓；1
‑
2、阴极储液仓；1
‑
3、阴极电极片；1
‑
4、阴极反应液；1
‑
5、阴极蠕动泵；1
‑
6、阴极进口软管；1
‑
7、阴极出口软管；2、阳极仓；2
‑
1、阳极反应仓；2
‑
2、阳极储液仓；2
‑
3、阳极电极片；2
‑3‑
1、集流体；2
‑3‑
2、阳极催化材料；2
‑
4、阳极反应液；2
‑
5、阳极蠕动泵；2
‑
6、阳极进口软管；2
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自放电式阳极氧化系统，其特征在于，包括对应布置的阴极仓和阳极仓，以及设置于阴极仓和阳极仓之间的仓间隔离膜；其中，所述阴极仓包括阴极反应仓、阴极储液仓、阴极电极片、阴极反应液、阴极蠕动泵、阴极进口软管和阴极出口软管；所述阴极电极片设置于所述阴极反应仓的内侧，所述阴极储液仓通过阴极进口软管和阴极出口软管与所述阴极反应仓相连，所述阴极反应液设置于所述阴极反应仓和所述阴极储液仓内，所述阴极蠕动泵设置于所述阴极出口软管上；利用阴极蠕动泵使阴极反应液在阴极反应仓和阴极储液仓内循环流动；所述阳极仓包括阳极反应仓、阳极储液仓、阳极电极片、阳极反应液、阳极蠕动泵、阳极进口软管和阳极出口软管；所述阳极电极片设置于所述阳极反应仓的内侧，所述阳极储液仓通过阳极进口软管和阳极出口软管与所述阳极反应仓相连，所述阳极反应液设置于所述阳极反应仓和所述阳极储液仓内，所述阳极蠕动泵设置于所述阳极出口软管上；利用阳极蠕动泵使阳极反应液在阳极反应仓和阳极储液仓内循环流动；所述阴极反应仓和所述阳极反应仓设置于同一个反应仓内，通过所述仓间隔离膜间隔开；所述阴极电极片和所述阳极电极片均与外电路相连接并输出电压；所述阴极电极片的材质为碳纸或碳纤维布；所述阳极电极片包括集流体和阳极催化材料，所述阳极催化材料涂覆在所述集流体上，所述集流体为金属钛片或亲水碳纸，所述阳极催化材料为SnO2、RuO2、Fe3O4、TiO2、Ti4O7中的一种或一种以上；所述仓间隔离膜为质子交换膜或双极性膜。2.根据权利要求1所述的一种自放电式阳极氧化系统，其特征在于，所述阴极反应仓和所述阳极反应仓的体积均为3cm
×
3cm
×
2cm；所述阴极储液仓和所述阳极储液仓的容积均为50～100mL。3.根据权利要求1所述的一种自放电式阳极氧化系统，其特征在于，所述阴极仓和所述阳极仓的材质均为亚克力材质；所述阴极电极片为HCP030N型亲水碳纸或W1S1002型亲水碳纤维布；所述集流体为HCP030N型亲水碳纸；所述仓间隔离膜为N117质子交换膜。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韶峰，彭双，倪立，干方群，施发杰，高增孝，
申请(专利权)人：中建安装集团有限公司，
类型：发明
国别省市：