[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在审
申请号: | 201410665810.9 | 申请日: | 2014-11-19 |
公开(公告)号: | CN104310573A | 公开(公告)日: | 2015-01-28 |
发明(设计)人: | 严群;凌婷;刘浩;赵楠 | 申请(专利权)人: | 江南大学 |
主分类号: | C02F3/00 | 分类号: | C02F3/00;C02F103/30 |
代理公司: | 北京爱普纳杰专利代理事务所(特殊普通合伙) 11419 | 代理人: | 张勇 |
地址: | 214122 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 复合 电极 制备 及其 生物电 系统 中的 应用 | ||
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。
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