[发明专利]一种金属还原-电芬顿体系及其应用

说明书

本发明公开了一种金属还原‑电芬顿体系，利用充电后的电容器的自放电过程驱动芬顿体系中的金属离子还原，并有效促进金属催化剂的循环，避免了现有电化学法受废水导电性制约等问题；将构建的金属还原‑电芬顿体系应用于处理模拟废水，表现出较高的效果效率和循环稳定性，且涉及的废水处理流程简单，操作简便、能耗低、环境友好，具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种金属还原-电芬顿体系及其应用。

背景技术

近年来，随着人口的急剧增长、工业和农业的高速发展以及生活水平和生活质量的不断提高，人类对化学物质的需求量日益增大；而在应用过程中工业废水和生活废水以及残余农药通过地表径流排入水体，导致水体中有机污染物的种类和浓度呈现逐年上升的趋势。由于废水中的有机污染物化学结构稳定、毒性大，传统的物化法、化学法和生物法及其相关组合方法，均难以达到令人满意的处理效果。

芬顿氧化法是通过Fe(Ⅱ)或Fe(Ⅲ)与H₂O₂反应，生成具有强氧化性的羟基自由基，无选择性地降解有机污染物的一种高效技术。Fenton氧化法具有设备简单、反应条件温和、反应速率快以及污染物去除彻底等优点，特别是在处理高毒性的持久性有机污染物时表现出较好的效果，因此受到了研究者的广泛关注。

虽然Fenton氧化法已经有一百多年的历史，但是在工业应用中仍然存在着一些缺点：1)如Fe(Ⅱ)和H₂O₂之间的反应速率非常快，通常反应半分钟后，Fe(Ⅱ)基本完全被氧化为Fe(Ⅲ)；2)生成的Fe(Ⅲ)与H₂O₂的反应很慢，而且Fe(Ⅲ)易沉淀，导致铁循环困难，H₂O₂的利用率低。为了解决Fe(Ⅲ)循环难的问题，光还原、电还原以及抗坏血酸、羟胺等还原剂等方式被用于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)循环。其中电还原技术以电子作为清洁试剂，不易造成二次污染、反应设备简单便于自动化管理等优势而受到研究者广泛关注；然而，在导电性较差的废水中，需额外添加电解质，易对水体造成二次污染问题。若不添加电解质，则会引起电极极化，从而发生电解水等一系列副反应，该过程不仅降低电流效率还会减少电极使用寿命。因此，在实际水处理中很大程度的限制其实际应用。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种金属还原-电芬顿体系，以充电后的电容器作为阴极，构建金属还原-电芬顿体系，避免电化学法受废水导电性制约等问题，以及现有污水电化学处理工艺外加电解质造成的二次污染问题，对有机污染物表现出优异的处理效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种金属还原-电芬顿体系，采用单电极体系，利用充电后的电容器的自放电过程驱动芬顿体系中的高价金属离子还原成低价金属离子，形成电芬顿体系。

上述方案中，所述电芬顿体系包括充电后的电容器、催化剂和氧化剂。

上述方案中，所述电容器的充电量为0.01-1000mC。

优选的，所述石墨板电容器的充电量为100-1000mC。

上述方案中，所述电容器采用的阴极为碳类电极；可兼顾稳定的充电性能和电化学氧化性能，有利于构建金属还原-电芬顿体系，并表现出优异的催化降解性能。