[发明专利]一种复合电极的制备及其在生物电芬顿系统中的应用

权利要求书

1.一种复合电极的制备方法，主要包括以下步骤：

(1)洗涤、氧化碳纤维：用洗涤剂回流洗涤碳纤维8-10h，去除碳纤维表面吸附的杂质氧化产物，取出于60-80℃烘干至恒重；用氧化剂氧化碳纤维，间歇摇动溶液；取出碳纤维，用去离子水浸泡洗涤3-5次，于60-80℃烘干至恒重；

(2)制备复合电极：取经过氧化处理的活性碳纤维浸入铁盐溶液中，30℃、40KHz超声处理0.5-2h，用蠕动泵将金属硼化物溶液加入到上述体系中，使体系中铁盐与金属硼化物摩尔浓度比1:5-1:3，充分反应还原铁盐后，用去离子水反复冲洗碳纤维3-5次，于60-80℃烘干至恒重，将15-25g此碳纤维用钛丝固定制成复合电极。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)用乙醇丙酮或者苯或者水溶液回流洗涤碳纤维8-10h，避免杂质的氧化产物吸附在碳纤维表面上，随后取出于60-80℃烘干至恒重备用；用酸性重铬酸钾或者浓硝酸或者浓硫酸溶液于80-120℃氧化碳纤维1-3h，间歇摇动溶液，碳纤维与氧化剂的质量比是1:40-50；取出碳纤维，用去离子水浸泡洗涤5次，于80℃烘干至恒重。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)将3-9g经过氧化处理的活性炭浸入FeCl₃·6H₂O溶液中，将此溶液用超声处理1h，用蠕动泵将NaBH₄溶液加入含铁溶液中，充分反应后，用去离子水反复冲洗3-5次，于60-80℃烘干至恒重，将15-25g此碳纤维用钛丝固定制成复合电极。

4.根据权利要求1-3任一所述方法制备得到的复合电极。

5.一种含有权利要求4所述复合电极的生物电化学系统反应装置，其特征在于，所述反应装置包括阳极碳刷、阴极碳刷、参比电极、阳离子交换膜、外电阻、进水接口、出水接口和进料泵；阳离子交换膜将反应装置分为阴阳两极室，阴、阳极室的材料均是有机玻璃，阳极碳刷为钛丝和碳纤维组成的普通碳刷，阴极碳刷为复合电极，阳极室顶部开孔用于放置参比电极，侧边底部和顶部分别开有进水口和出水口，阴阳极与参比电极通过导线组成外电路，中间连有电阻。

6.根据权利要求5所述的反应装置，其特征在于，所述阴、阳极室体积均为550mL，外径为9cm，内径7cm，高度为14cm。

7.根据权利要求5所述的反应装置，其特征在于，所述阳极室内装有体积比为3:1的产电营养液和经过产电营养液驯化的厌氧污泥上清液，当阳极电势稳定在-0.5V时，阳极驯化成功。

8.根据权利要求7所述的反应装置，其特征在于，所述产电营养液按mg/L计含有：KCl0.13、NH₄Cl 0.31、NaH₂PO₄2.7、Na₂HPO₄11.55、无水乙酸钠1.0、微量元素1mL/mL、维生素液1mL/mL；其中，微量元素按g/L计的配方为：氨三乙酸1.5、MgSO₄·7H₂O 3.0、MnSO₄·H₂O 0.5、NaCl 1.0、FeSO₄·7H₂O 0.1、CoCl 0.1、CaCl₂0.1、ZnSO₄·7H₂O 0.1、CuSO₄·5H₂O 0.01、钾铝矾0.01、H₃BO₅0.01、Na₂MoO₄0.01；维生素液按mg/L的配方为：维生素H2.0、维生素B 2.0、盐酸吡哆醇10.0、维生素B₁5.0、维生素B₂5.0、烟酸5.0、D-酸钙5.0、维生素B₁₂0.1、对氨基苯甲酸5.0、硫辛酸5.0。

9.根据权利要求7所述的生物电化学系统反应装置在处理染料废水中的应用方法。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，阳极产电微生物利用有机底物产生电子和质子，产生的电子通过导线传递至阴极表面，而质子则通过离子交换膜进入阴极室内，电子、质子则与O₂结合在阴极原位生成H₂O₂；复合电极为阴极，缓慢释放铁源，与产生的H₂O₂发生芬顿反应，实现对难降解污染物的处理。