一种光电串联压载水处理方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种光电串联压载水处理方法及其应用。一种光电串联压载水处理方法，包括如下步骤：S1：过滤海水中大于0.22微米的杂质；S2：向步骤S1所得的海水中持续通入空气，制得氧气饱和的海水，采用三电极体系，以氧气饱和的海水为电解质溶液，通过电催化氧还原反应产生过氧化氢；S3：向步骤S2处理后的海水中置入光催化剂薄膜，并采用氙灯进行照射处理。本发明专利技术公开的一种光电串联压载水处理方法及其应用，同时利用电催化和光催化技术的高级氧化工艺，在电催化单元中产生过氧化氢再由光催化单元分解为羟基自由基用于杀灭压载水中的微生物。生物。生物。

【技术实现步骤摘要】
一种光电串联压载水处理方法及其应用


[0001]本专利技术涉及压载水处理
，尤其涉及一种光电串联压载水处理方 法及其应用。

技术介绍

[0002]船舶压载水是保证船舶正常行驶的重要部分，但是压载水的排放问题 为生态环境带来了巨大负担。压载水中携带有某一海域中的大量水生生物 及微生物，如果不对其进行处理，直接在终点海域排放，会对终点海域的 海洋生态环境产生极大影响，破坏当地生态链，对渔业及人类健康造成间 接危害；此外，压载水中携带的部分微生物，如细菌、藻类等会附着在压 载水舱中，久而久之会造成船体腐蚀等危险，影响行驶安全。为此，国际 海事组织(IMO)在2004年通过了《压载水管理公约》，通过制定压载 水排放标准从而达到限制由压载水导致的生物入侵发生。
[0003]目前已获得IMO批准并投入使用的压载水处理系统中所使用的方法 主要分为两大类：物理法和化学法。物理法主要为过滤+紫外光或过滤+ 水力空化，这两种处理方法看似对环境无害，但实际上强紫外光会在海水 中产生致癌物——三卤甲烷，而水力空化装置对船只的电力系统要求较高。 化学法作为最普遍最高效的压载水处理手段，能够在短时间内达到百分百 的灭活效果，比如最常用的电氯化技术，通过电解海水产生活性氯进行压 载水处理，其在排放压载水时由于水中含有过量活性氯，需要外加中和剂 进行中和方可排入海洋中。因为过量的消毒剂引入会破坏水质，毒害海洋 鱼类，危害人体健康。
[0004]为了解决上述的问题，近期，关于高级氧化技术(AOP)的研究较为 热门，它利用羟基自由基(
·
OH)作为主要活性物种，诱发一系列链式 反应，通过羟基自由基的强氧化作用，氧化、分解水体中的有机污染物和 微生物，最终产物为CO2、H2O和微量无机盐的新型氧化技术。羟基自 由基是一种无选择性强氧化剂，其氧化还原电位高达2.8V，仅次于氟，是 臭氧的1.35倍、氯的2.06倍，是常见氧化剂中的佼佼者，几乎能与所有 生物大分组、有机物、无机物等发生反应。不仅如此，羟基自由基的反应 速率常数也为臭氧的104倍，是过氧化氢的109倍，通常能在几秒内完成 整个生化反应过程，且最终产物环保无残留。目前用于压载水处理的高级 氧化技术包括以下三种：等离子体放电、芬顿法及光催化技术。
[0005]1)等离子体放电是通过向压载水施加瞬时高脉冲电压(外加电压约 为20
‑
60kV，频率约为0
‑
10000Hz)在海水中产生高浓度的羟基自由基， 从而进行压载水中微生物的处理，其对船只上所搭载的电力系统要求非常 严苛，普通船只所配备的电力系统无法满足等离子体放电设备的安装与使 用，为此，还需要花费一定资金对船只电力系统进行改装，成本较高。
[0006]2)光催化技术是利用光能激发光催化剂产生分别带有负电荷的电子 和带有正电荷的空穴，电子能够还原海水中的溶解氧产生过氧化氢，空穴 能够氧化海水直接产生羟基自由基，或生成超氧自由基于过氧化氢作用间 接产生羟基自由基。但由于光催化剂存在光生电子
‑
空穴复合问题，导致 其产生羟基自由基的浓度过低，无法达到理想的处理效果。
[0007]3)芬顿法是向待处理水体中添加一定浓度的过氧化氢及二价铁离子 溶液，二价铁离子通过与过氧化氢发生芬顿反应，使过氧化氢迅速分解为 羟基自由基从而与污染物发生反应。该方法中羟基自由基的浓度完全取决 于所添加过氧化氢的量，因此需要在船只上携带过氧化氢试剂，具有潜在 运输危险；此外，添加的芬顿试剂二价铁离子在反应结束后会残留在水体 中，造成水体富营养化，构成二次污染，不符合压载水的排放标准。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题本专利技术公开了一种光电串联压载水处理方法及其应用， 同时利用电催化和光催化技术的高级氧化工艺，在电催化单元中产生过氧化 氢再由光催化单元分解为羟基自由基用于杀灭压载水中的微生物。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0010]一种光电串联压载水处理方法，包括如下步骤：
[0011]S1：过滤：对海水进行过滤，去掉大于0.22微米的杂质；
[0012]S2：电催化：取50重量份步骤S1过滤后的海水，以0.5L/min的速率向 海水持续通入氧气，制得氧气饱和的海水，采用至少一组三电极体系，以氧 气饱和的海水为电解质溶液，通过电催化氧还原反应产生过氧化氢；
[0013]S3：光催化：向步骤S2处理后的海水中加入光催化剂薄膜，并采用氙灯 进行照射处理。
[0014]进一步地，在步骤S2中，所述三电极体系，以导电炭黑涂层电极为工作 电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片电极作为对电极。
[0015]进一步地，在步骤S2中，工作电极为恒电位，工作电压为0.3
‑
0.45V。
[0016]进一步地，所述导电炭黑涂层电极的制备方法，采用如下步骤：将体积 比为20:1的异丙醇和膜溶液混合均匀制得混合液(共1050μL)，向混合液 中加入10mg导电炭黑粉末，然后采用超声分散处理10min，将分散后的混 合液滴在亲水碳纸上自然干燥，得到导电炭黑涂层电极。
[0017]进一步地，在步骤S2中，所述电催化氧还原反应时间为1h。
[0018]进一步地，在步骤S3中，所述光催化剂薄膜的制备方法如下：
[0019](1)将重量比为6：47：41：5的硼掺杂石墨相氮化碳、甲醇、环氧树 脂和水性偶联剂混合均匀，然后采用磁力搅拌，转速为600r/min，搅拌10min；
[0020](2)将步骤(1)制得的混合液滴加到载玻片表面，在20
‑
25℃室温下 干燥48h，然后使用去离子水冲洗，去除表面残留化学物质，得到光催化剂 薄膜。
[0021]进一步地，所述硼掺杂石墨相氮化碳的制备方法，包括如下步骤：
[0022](1)将石墨相氮化碳、硼酸和去离子水混合均匀，所述石墨相氮化碳和 硼酸的重量比为1：(5
‑
25)；使用超声分散处理30min，随后在150℃下保 温反应12h，保温反应完成后冷却至20
‑
25℃室温，去除溶剂；其中石墨相 氮化碳使用高温缩聚法合成；
[0023](2)将步骤(1)得到的混合物在60℃水浴中搅拌至溶剂完全蒸发，得 到粉末状物质；
[0024](3)将步骤(2)得到的粉末状物质，以5℃/min的升温速率升温至520 ℃，并于520℃下保温反应2h，随后冷却至20
‑
25℃室温，得到浅黄色粉末， 即硼掺杂石墨相氮化碳。
[0025]更进一步地，在硼掺杂石墨相氮化碳的制备方法的步骤(1)中，石墨相 氮化碳采用如下方法制备：向去离子水中加入重量比为1：1的三聚氰酸与三 聚氰胺，再向溶液中异丙醇混合均匀，去离子水与异丙醇的体积比为13：2； 固体完全溶解后，在70℃水浴中连续搅拌直到溶剂完全蒸发，随后以10 ℃/min的升温速率，升温至600本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电串联压载水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：过滤：对海水进行过滤，去掉大于0.22微米的杂质；S2：电催化：向步骤S1所得的海水中以0.5L/min的速率持续通入氧气，制得氧气饱和的海水，采用三电极体系，以氧气饱和的海水为电解质溶液，通过电催化氧还原反应产生过氧化氢；S3：光催化：在步骤S2处理后的海水中置入光催化剂薄膜，并采用氙灯进行照射处理，光催化剂薄膜被入射光激发产生电子
‑
空穴对，通过直接或间接反应将步骤S2制得的过氧化氢分解为羟基自由基，进而杀灭海水中存在的微生物。2.根据权利要求1所述的一种光电串联压载水处理方法，其特征在于，在步骤S2中，所述三电极体系，以导电炭黑涂层电极为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片电极作为对电极。3.根据权利要求2所述的一种光电串联压载水处理方法，其特征在于，在步骤S2中，工作电极为恒电位，工作电压为0.3
‑
0.45V。4.根据权利要求2所述的一种光电串联压载水处理方法，其特征在于，所述导电炭黑涂层电极的制备方法，采用如下步骤：将体积比为20:1的异丙醇和膜溶液混合均匀制得混合液，向混合液中加入10mg的导电炭黑粉末，然后采用超声分散处理10
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20min，将分散后的混合液滴在亲水碳纸上自然干燥，得到导电炭黑涂层电极，其中，膜溶液为全氟磺酸型聚合物溶液。5.根据权利要求1所述的一种光电串联压载水处理方法，其特征在于，在步骤S2中，所述电催化氧还原反应时间为1h。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周锋，贺秋晨，詹溯，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：