[发明专利]可利用高色度含醇废水氢‑电联产的光化学电池装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种化工技术领域的光催化方法，尤其涉及一种可利用高色度含醇废水氢-电联产的光化学电池装置。

背景技术

随着化石燃料的广泛应用，特别是石油和煤炭的大量使用，引发严重的能源危机和环境污染。因此，迫切需要寻找清洁可再生的能源以有效替代化石燃料，而氢能具有高效、环保的优点，是理想的能源替代品。

传统的制氢的方法主要有电解水、化石燃料合成、生物质气化、微生物制氢以及光催化法等。其中，电解水与化石燃料合成是传统的制氢方法，也是目前应用最为广泛的产氢技术，但各自存在优缺点。自从1972年Nature上刊登关于在TiO₂电极上光裂解水制备氢气的报道，标志着光催化制氢新时代的开始。传统的光催化制氢大多以铂等贵金属作为助催化剂，成本高且难以大批量使用。并且传统的光催化制氢的反应器基本上都是将光电极完全浸入反应液中，激发光需穿透厚厚的液层才能到达光催化剂的表面，由于溶液对光的吸收而引起光能的很大损失。

经过对现有技术的检索发现，中国专利号ZL201010527940.8，“尖锥结构光阳极光电转盘处理有机废水光电催化的方法”，中国专利号ZL201010528324.4，“尖劈结构光阳极光电转盘处理有机废水光电催化的方法”，以及中国专利号ZL201010300873.6，“复合转盘液膜反应器及其处理有机废水的方法”，这些技术包括了一种动态光阳极的单片/复合转盘光电液膜反应器：将TiO₂电极制作成转盘，转盘部分浸没在溶液中，利用转盘的转动使其在空气中的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通过较厚(往往是数厘米)的溶液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。在上述现有技术中，虽然光阳极有效催化降解有机废水，由于：(1)转盘阳极在单片样机时可方便利用紫外灯及太阳光的光能，但对于多片转盘并排放置，彼此之间有阻挡，利用太阳光则有难度，需要放置多光源以保证照射面积，而用旋鼓结构代替转盘就可方便地利用太阳光或紫外灯；(2)阴阳极处于同一反应溶液，整个体系暴露于空气，阴极的还原反应被忽略，并且催化处理有机废水需外加电压，该转盘反应器的性能并未得到全面发挥。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷，提供一种可利用高色度含醇废水氢-电联产的光化学电池装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种可利用高色度含醇废水氢-电联产的旋鼓型光化学电池装置，所述装置包括疏水多孔膜、反应器、光电旋鼓阳极、激发光源、铂阴极；所述疏水多孔膜将反应器分成阴极区和阳极区；所述光电旋鼓阳极内设转轴，所述转轴与马达连接，所述转轴与碳刷接触，所述碳刷连接外电路导线；所述光电旋鼓阳极下部浸没于阳极区内的阳极液中，上部暴露于空气中，所述阳极液为含醇废水，所述激发光源设置于光电旋鼓阳极上方；所述铂阴极置于阴极区内的阴极液中，所述阴极液为酸性溶液，所述铂阴极通过所述外电路导线与阳极的碳刷相连，所述阴极区为氮气氛围密封。优选阳极液为高色度含醇废水。

本发明的旋鼓型光化学电池装置的制备包括如下步骤：

第一步，以疏水多孔膜将反应器分成阴阳两个区，阳极液为高色度含醇废水，阴极液为酸性溶液；

第二步，将镀铂片(在钛片基底上均匀光亮电镀2μm的铂)进行阴极极化，沉积少量铂黑后用作阴极，置于氮气氛围密封的阴极区，通过导线与阳极的碳刷相连接；

第三步，采用钛旋鼓为基底，将TiO₂光催化剂负载在基底上，用作光电旋鼓阳极，置于空气氛围的阳极区，光电旋鼓阳极内设转轴，转轴与马达连接并与碳刷相接触，放入含醇废液，使旋鼓下半部分沉没于溶液中，上半部分暴露于空气中；

第四步，调节马达转速器，控制光电旋鼓阳极转动的速度使其表面形成高色度废水的微米级液膜；

第五步，将光源放置光阳极正上方，激发光易于透过液膜照射到光电旋鼓阳极表面，激发催化剂与液膜中的污染物发生催化氧化反应，在阳极TiO₂/Ti表面肖特基势垒及阴阳极电势差的作用下，光生电子通过碳刷经外电路导向阴极，从而构成光化学电池的运行；

第六步，光生电子到达阴极镀铂电极上，H⁺得到电子被还原成H₂，对阴极区气体进行取样分析，测定氢气产量，并对外电路电流实时监测，完成利用高色度含醇废水氢-电联产的过程。