[发明专利]一种阴极产生过氧化氢同时阳极处理有机废水的电化学装置和方法

说明书

本发明涉及一种阴极产生过氧化氢同时阳极处理有机废水的电化学装置和方法，其包括密闭的电解槽、电源、气体扩散阴极、阳极、循环冷却装置和氧气钢瓶；气体扩散阴极和阳极与电源连接，所述电解槽内设有沿竖直方向延伸的离子交换膜且将电解槽分隔为阳极室和阴极区域，阳极位于阳极室，气体扩散阴极位于阴极区域且将阴极区域分隔为阴极室和气室，阴极室靠近离子交换膜，阳极室和阴极室顶部设有开口；所述循环冷却装置包括通过管路顺次连接的冷凝器和循环泵，循环冷却装置的管路两端分别与阴极室相连通，氧气钢瓶通过管路与气室相连通。该装置体积小、易于操作、安全性高，阴阳极同时利用，提升了装置的实用性，又符合绿色环保的理念。

技术领域

本发明属于电催化、化工、环保相关领域，具体涉及一种阴极产生双氧水同时阳极处理有机废水的电化学装置和方法。

背景技术

过氧化氢（H₂O₂）是一种适应性广、用途多样的化工产品，可作为氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氯剂，被广泛应用于化工合成、纺织印染、纸浆漂白、军工、电子、医药、食品、环境修复等各个领域，高浓度的过氧化氢可用作液体高能燃料和氧源。过氧化氢分解产物只有H₂O和O₂，其使用过程中清洁、高效、无污染的优良特性符合当前环保的理念。过氧化氢的生产方法有电化学法、蒽醌法、异丙醇法、氢氧直接合成法等，其中工业生产主要还是蒽醌法。在过氧化氢的制备过程中，氢氧直接混合易发生爆炸，且高浓度的过氧化氢不稳定、易分解、易爆炸，存储和运输都存在风险，因此探索原位高效生产过氧化氢的方法具有重大意义。

电化学法作为一种氧还原合成过氧化氢的方法，因其具有绿色高效、装置简单、易于操作、安全性高等优点，发展前景非常广阔。氧还原反应可直接发生两电子还原反应生成过氧化氢，随着双氧水使用范围的不断扩大，利用两电子氧还原过程产生过氧化氢的装置以及方法也在不断増加。然而电化学法合成过氧化氢尚存在许多问题，如氧气的利用率低、电流效率比较低、过氧化氢浓度低等。

许多工业废水含有大量难以生化降解的无机或有机芳香族毒害物质，电化学氧化是处理此类工业废水的有效方法。传统电化学氧化法在阳极发生电催化氧化水产氧，由于阳极产生的氧未能有效回收利用，导致其能量利用率偏低。考虑技术联用，利用阳极的氧化环境处理部分有机废水，提升装置的实用性与经济性。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种阴极产生过氧化氢同时阳极处理有机废水的电化学装置和方法，其在传统电催化氧阴极还原体系的基础上，在阳极耦合电催化氧化技术，实现过氧化氢原位制备的同时在阳极同步处理部分有机废水。该装置和方法实现了电化学氧化技术的耦合联用，提升了实用性与经济性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种阴极产生过氧化氢同时阳极处理有机废水的电化学装置，其包括密闭的电解槽、电源、气体扩散阴极、阳极、循环冷却装置和氧气钢瓶；

所述气体扩散阴极和阳极与电源连接，所述电解槽内设有沿竖直方向延伸的离子交换膜，且离子交换膜将电解槽分隔为阳极室和阴极区域，阳极位于阳极室，气体扩散阴极位于阴极区域且气体扩散阴极将阴极区域分隔为阴极室和气室，阴极室靠近离子交换膜，气室远离离子交换膜，阳极室和阴极室顶部设有开口；

所述循环冷却装置包括通过管路顺次连接的冷凝器和循环泵，循环冷却装置的管路两端分别与阴极室相连通，氧气钢瓶通过管路与气室相连通。

本发明装置中，利用气体扩散阴极将阴极区域分隔为阴极室和气室，由于气体扩散阴极的隔离作用，阴极室内的电解液不会渗入气室内，氧气进入气室后，在气室得到缓冲，然后在压力作用下渗透过气体扩散阴极，到达阴极室在气液固三相界面发生反应，既延长了气体与电极的接触时间，又使气体在扩散的过程中分布更加均匀，提高了气体的利用率。

具体的，所述氧气钢瓶所在管路上设有减压阀，可以灵活调整氧气流量。