[发明专利]一种三维电极反应器的绝缘粒子及制备与应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维电极反应器的绝缘粒子及其制备与应用方法，特别是涉及一种降解有机废水的三维电极反应器床层填料中绝缘粒子及其制备与应用方法，属于水处理及水污染防治领域。

背景技术

随着我国工业快速发展，不仅各类有机废水的年排放总量快速增长，而且含有难降解有机污染物的工业废水日益增多。工业废水中所含难降解有毒有机成份也越来越多，有些甚至是致癌、致突变、致畸变的有机物，对环境尤其是水环境的威胁和危害越来越大。近几年有关这类污水对环境造成的污染事件屡有发生，甚至对生活水源造成污染，由于各类企业排污量增大，再加上污染物质种类繁多，使水域污染程度有恶化趋势，2007年太湖蓝藻大规模爆发与太湖周边化工、印染等企业废水处理未达标排放有关，该事件已为我们敲响了警钟。难降解有机废水中的有机污染物由于其结构稳定、可生化性差、毒性强等特点，导致用常规的物理、化学、生物方法难以满足净化处理在技术和经济上的要求。

 电催化氧化 (Advanced Electrocatalysis Oxidation Processes, AEOP) 属于高级氧化技术，具有操作条件温和，无二次污染，电极反应直接或间接产生的羟基自由基能将难降解有机污染物彻底降解矿化等优点。三维电极 (Three-dimension-electrode) 电催化氧化是一种新型的电催化氧化技术。它是在传统二维电解槽中填充粒状或其他碎屑状材料并使之表面带电，成为新的一极－第三极，即粒子电极也叫床层电极。与二维电极相比，三维电极的面积体积比增加，物质传递效果改善，时空转换效率与电催化氧化反应速率得到加快。

 按床层中填充粒子的极性三维电极反应器可分为单极性和复极性反应器。单极性反应器床层填充阻抗较小的粒子材料，当主电极与导电粒子接触时粒子带电，电荷传递到粒子，粒子表面引起电化学反应，但主电极之间须有隔膜存在。而复极性反应器床层一般填充高阻抗粒子，粒子间及粒子与主电极间不会导电。通过在主电极上施加外电压，以静电感应使粒子一端成为阴极，另一端为阳极，这样粒子床层中可形成无数微小的电解池。因此，复极性三维电极反应器结构简单，工作时无需使用隔膜将阴阳主电极隔离，降低了费用，简化了操作。但当床层中如采用金属、活性炭、石墨等阻抗较小的材料作粒子电极时则必须加入绝缘粒子（或叫绝缘颗粒）并按一定的体积比或质量比与粒子电极混合构成床层填料，以减少粒子电极间的短路电流，增加反应电流，提高床层填料中粒子电极的复极化率，从而提高电流效率(三维电极反应器处理染料废水的研究,天津大学硕士学位论文, 2005,13-41.)。

现有的复极性三维电极反应器中大都选用石英砂（用涂膜活性炭提高复极性电解槽电解效率.环境科学,1994,15(2):38~40）、玻璃珠（三维电极对酸性大红G的脱色研究,陕西科技大学学报,2009,279(6):59~63.）、塑料（复极电催化氧化对苯二酚废水实验研究,科技信息, 2009,(21):8~9.]等材料作为绝缘粒子，并按一定的体积比或质量比与粒子电极混合后作为床层填料，但由于石英砂、玻璃珠、塑料等绝缘粒子的材质、比重、形状尺寸与粒子电极相差甚大，很难使上述绝缘粒子均匀分布在粒子电极中，不能有效减少短路电流，运行中产生电极材料与绝缘材料分层的现象，甚至导致绝缘失效（不同粒子电极对三维电极法处理苯酚废水影响的研究,化工技术与开发,2009,38(11):46-49.）。