[发明专利]TiO2基光催化复合电极燃料电池处理有机废水的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种能源、化工、环境领域处理有机废水的系统。具体是一种TiO₂基光催化复合电极燃料电池处理有机废水的装置与方法。 

背景技术

燃料电池是一种能够直接将燃料的化学能转化成电能的装置。自1838年, C. F.  首度发现了燃料电池的电化学效应并强调了氢气与铂电极上的氯气或氧气所进行的化学反应过程中能产生电流这一现象以来，研究者对燃料电池在能源领域的应用进行了广泛而深入的基础性研究，燃料电池的种类和应用范围也不断得到拓展。上世纪八十年代，微生物燃料电池被证实可以应用于日常生产生活过程，但是微生物燃料电池难以将有机污染物完全氧化，同时由于微生物本身生命周期的影响使得微生物燃料电池缺乏运行的长期稳定性。 

近年来，TiO₂已被证实是一种高效、稳定、无选择性和材料易得的半导体光催化剂。TiO₂光催化技术作为一种高级氧化技术，几乎能够使空气和水中的污染物完全矿化。自1972年Fujishima发现TiO₂可光催化裂解水以来，TiO₂半导体光催化技术在有机物的处理方面逐渐得到了广泛的研究。由于TiO₂光催化技术的稳定性以及其在有机污染物处理方面的优势可以克服燃料电池目前存在的缺陷，因此将TiO₂光催化技术引入燃料电池体系将对燃料电池应用领域的拓展起到促进作用。 

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101254961，授权公告日2009-7-8，记载了一种“TiO₂薄膜电极光电转盘处理难降解有机废水的方法”，该技术包括了一种动态光阳极的单复合转盘光电液膜反应器：将TiO₂薄膜电极制作成转盘，转盘的一半浸没在水中，一半在空气中，利用转盘的转动使在空气中的TiO₂薄膜电极表面部分形成了几十微米的液膜，解决了传统反应器中的激发光必须透过较厚（往往是数厘米）的废水层才能照射到电极上的问题，同时强化了激发光的利用率和传质效率，从而可采用小功率低压汞灯作激发光源，降低了能耗并不需循环冷却水系统，简化了装置，节约了宝贵的激发光源。但阳极和阴极同处一个反应池中，阳极区域和阴极区域的溶液由于转盘的转动而迅速混合，导致阳极区产生的氧化产物与阴极区产生的还原产物因为转动混合而发生复合反应。 

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种TiO₂基光催化复合电极燃料电池处理有机废水的装置与方法 

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种TiO₂基光催化复合电极燃料电池装置，包括调速器、驱动马达、光阴极转轴、光阴极转盘、若干片光阳极、光阳极支撑架、燃料电池反应池及激发光源，所述燃料电池反应池底部设有一根导流管，在导流管上安装有水泵，所述导流管的出水口位于所述光阳极的上方。 

所述燃料电池反应池包括光阳极反应池、光阴极反应池及离子交换膜，光阳极反应池与光阴极反应池之间通过离子交换膜相连接，导流管的入水口设置在光阳极反应池底部。 

所述光阳极顶部设有密封溢流槽或溢流槽。 

一种利用TiO₂基光催化复合电极燃料电池装置处理有机废水的方法，包括如下步骤： 

第一步，将TiO₂光催化剂负载在光阳极基底上，并以单片方式或多片串联方式将光阳极固定于阳极支撑架上；

第二步，在燃料电池反应池中加入有机废水，并将光阳极放置在光阳极反应池中；

第三步，将光阴极放置在光阴极反应池中，光阴极转轴与驱动马达相连接，光阳极通过外部导线与光阴极相连接；

第四步，开动水泵，使有机废水从光阳极反应池底部的导流管中转移到光阳极顶部流下，在光阳极表面形成液膜，同时开动驱动马达，通过调速器控制光阴极转盘的转速，使光阴极转盘转动，使阴极表面也形成一层液膜；

第五步，激发光源照射光阳极，使激发光透过液膜照射到光阳极表面；

第六步，处理一段时间后取样分析，测定模拟有机废水罗丹明B的吸光度，求色度去除率（%）。

所述处理时间为30-120min。 

所述转速为10-90rpm。 

所述光阴极转盘的材料为Cu、Zn、Fe、Ti、Ag或石墨。 

所述光阳极的基底材料为钛、不锈钢、镍或掺硼金刚石。