[实用新型]空气阴极和污水处理系统

说明书

本实用新型提出了空气阴极和污水处理系统。该空气阴极包括：扩散层；催化剂层，所述催化剂层含有催化剂，所述催化剂层设置在所述扩散层的一侧；以及集电层，所述集电层以及所述催化剂层设置在所述扩散层的同侧。该空气阴极结构简单，无需复杂的操作即可实现制备，可以在较低的电位下，实现通过阴极还原反应制备过氧化氢。

技术领域

本实用新型涉及环境、材料、能源领域，具体地，本实用新型涉及空气阴极和污水处理系统。

背景技术

过氧化氢是一种清洁的强氧化剂，在纺织、化工等行业都得到了广泛应用。由于过氧化氢的氧化能力强、氧化产物绿色清洁，因此也用于污水的深度处理，特别是在处理难降解污染物、实现污水的脱色与消毒等方面，均发挥了重要的作用。

然而，目前制备过氧化氢的主要方法是蒽醌氧化法，然而这种方法具有成本高、污染严重等诸多缺点。而基于电化学催化，通过电解水制备过氧化氢的方法，也由于催化剂较为昂贵、产过氧化氢电位过高等原因，难以实现实际应用。

因此，目前用于制备过氧化氢的电极以及污水处理系统，仍有待改进。

实用新型内容

本实用新型是基于发明人对以下事实的认识和发现而做出的：

氧还原反应是一种广泛应用于电化学系统与生物电化学系统的电极反应，其阴极反应的反应过程分为两电子还原途径与四电子还原途径。其中，两电子还原途径的氧还原反应的产物为过氧化氢。与四电子还原途径不同的是，目前基于两电子还原途径的还原反应，其还原电位的影响因素以及各种影响因素(如电极材料、催化剂以及反应体系)的作用原理仍不清楚。因此，造成电化学反应制备过氧化氢，难以通过一定的理论指导，实现产量的提高以及还原电位的降低。也因此，基于电化学催化反应制备过氧化氢，仍旧难以满足实际生产的需求。

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种空气阴极。该空气阴极包括：扩散层；催化剂层，所述催化剂层含有催化剂，所述催化剂层设置在所述扩散层的一侧；以及集电层，所述集电层以及所述催化剂层设置在所述扩散层的同侧。该空气阴极结构简单，无需复杂的操作即可实现制备，可以在较低的电位下，实现通过阴极还原反应制备过氧化氢。

具体地，该空气阴极进一步包括：支撑层，所述支撑层设置在所述扩散层以及所述催化剂层之间，所述集电层设置在所述催化剂层远离所述支撑层的一侧，所述支撑层是由不锈钢或金属钛形成的。由此，可以为该空气阴极提供可靠的支撑。

具体地，所述扩散层包括碳黑。由此，可以进一步提高该空气阴极的电极性能。

具体地，所述催化剂为碳黑、石墨烯或者氧掺杂石墨烯。由此，可以进一步提高该空气阴极的电极性能。

在本实用新型的又一方面，本实用新型提出了一种污水处理系统。该污水处理系统包括：壳体，所述壳体中限定出反应空间；阳极，所述阳极设置在所述反应空间中，所述阳极附着有产电微生物；以及前面所述的空气阴极，所述空气阴极设置在所述反应空间中，并且所述空气阴极与所述阳极电连接。由此，可以同步实现污水的微生物降解过程以及过氧化氢深度处理过程，从而可以提高该污水处理系统处理污水的效果。

具体地，该污水处理系统进一步包括：附加电源，所述附加电源与所述空气阴极以及对电极相连。由此，可以进一步提高阴极的过氧化氢产量，从而进一步提高该污水处理系统处理污水的效果。

具体地，该污水处理系统进一步包括：深度处理加料单元，所述深度处理加料单元与所述反应空间相连且靠近所述空气阴极设置，用于向所述反应空间内供给过氧化氢耦合处理剂。由此，可以进一步提高该污水处理系统处理污水的效果。

附图说明

图1显示了根据本实用新型一个实施例的空气阴极的结构示意图；