[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合电极的制备及其在生物电芬顿系统中的应用，属于环境工程和废水处理领域。

背景技术

随着印染工业的发展，染料废水的排放量越来越大，污染面也越来越广，已成为最主要的水体污染源之一。偶氮染料占有机染料的80％，废水排放量大、成分复杂，属于难降解废水。

目前，偶氮染料废水处理采用的方法主要包括：物理法、生物法、化学法三大类。物理法主要包括吸附法和膜分离法，它是利用物理作用将偶氮染料从废水中分离出来，然后对其回收或深度处理。该方法虽然对大多数染料废水具有较好处理效果，实现水资源再利用，但具有清洗困难，易堵塞，易污染，再生费用高等缺点。生物法是利用微生物的代谢作用分解和转化废水中有机物，但是好氧法耗能大，污泥产生量大，处理结构复杂和高浓度的有机污染物难以达到标准，厌氧法微生物厌氧代谢速度慢，容器体积大，停留时间长，单独采用也难以达到排放标准。化学法主要包括混凝沉淀法、氧化法、电化学法等，方法成本高，氧化技术适合与其他技术联用处理废水，电化学法对于设备要求较高，因而不能被广泛使用。

本发明将芬顿(Fenton)和BES(生物电化学系统)结合起来，阳极产电微生物可以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，电子与质子则与O²结合在阴极原位生成H₂O₂；复合电极则为阴极，铁源缓慢释放出来，可以与产生的H₂O₂发生芬顿反应，这个结合的体系既可以产生电能，又可以实现阴极对难降解污染物的处理。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供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。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)采用的洗涤剂为乙醇丙酮或者苯或者水。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)采用的氧化剂为酸性重铬酸钾或者浓硝酸或者浓硫酸溶液。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)采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。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)碳纤维与氧化剂的质量比是1:40-1:50。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)洗涤、氧化碳纤维：用乙醇丙酮或者苯或者水溶液回流洗涤碳纤维8-10h，去除碳纤维表面吸附的杂质氧化产物，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氧化碳纤维，间歇摇动溶液，碳纤维与氧化剂的质量比是1:40-1:50；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。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)用体积比1：1的乙醇丙酮溶液回流洗涤碳纤维10h，避免杂质的氧化产物吸附在碳纤维表面上而影响其质量，随后取出于80℃烘干至恒重备用；在装有回流管的通风橱中，用酸性重铬酸钾溶液(按质量比，含20％K₂CrO₇、30％H₂SO₄)加热恒温来氧化碳纤维，氧化时间为2h，氧化温度为80℃，每20min摇动一次溶液，碳纤维与氧化剂质量比是1:50；取出碳纤维，用去离子水浸泡洗涤5次，于80℃烘干至恒重。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)采用的铁盐为FeCl₃·6H₂O。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)采用的金属硼化物为NaBH₄。