[发明专利]三维电化学-多相臭氧催化反应装置及其水处理方法

权利要求书

1.一种三维电化学-多相臭氧催化反应装置，其特征在于：包括腔体(1)、管状膜阳极(2)、三维颗粒电极(3)、阴极(4)和超声波发射头阵列(5)；

所述的管状膜阳极(2)设置于所述腔体(1)中心，所述的阴极(4)设置在所述腔体(1)的内壁，所述的阴极(4)与所述的管状膜阳极(2)之间填充所述三维颗粒电极(3)；所述的超声波发射头阵列(5)设置在所述腔体(1)的底部；

所述腔体(1)的底部设置有进水口(6)，所述腔体(1)的侧壁上部设置有出水口(7)，所述腔体(1)的顶部设置有出气口(8)。

2.根据权利要求1所述的三维电化学-多相臭氧催化反应装置，其特征在于：所述的管状膜阳极(2)包括管状钛膜基体和负载在所述管状钛膜基体上的第一催化层，所述管状钛膜基体上设有多个通孔。

3.根据权利要求2所述的三维电化学-多相臭氧催化反应装置，其特征在于：所述的阴极(4)包括网状金属电极基体和负载在所述网状金属电极基体上的第二催化层。

4.根据权利要求3所述的三维电化学-多相臭氧催化反应装置，其特征在于：所述的三维颗粒电极包括颗粒活性炭基体和负载在所述颗粒活性炭基体上的第三催化层，所述第三催化层上负载有气体扩散层。

5.根据权利要求4所述的三位电化学-多相臭氧催化反应装置，其特征在于：所述的管状钛膜基体的内径为1cm～5cm，壁厚为2mm～20mm，孔径为1μm～200μm。

6.根据权利要求5所述的三位电化学-多相臭氧催化反应装置，其特征在于：所述的第一催化层为Ti、Zn、Mn、Ce、Cu、Fe、Ni、Sn、Sb或Pb的氧化物；所述的第二催化层为炭涂层；所述的第三催化层为炭涂层或者Ti、Zn、Mn、Ce、Cu、Fe、Ni、Sn、Sb或Pb的氧化物；所述的气体扩散层为聚四氟乙烯涂层。

7.根据权利要求6所述的三位电化学-多相臭氧催化反应装置，其特征在于：所述的炭涂层为由炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳微球或导电石墨粉中的一种或多种制成。

8.根据权利要求6所述的三位电化学-多相臭氧催化反应装置，其特征在于：所述的网状金属电极基体为钛网、不锈钢网、镍网或铜网；所述的第一催化层、所述的第二催化层及所述的第三催化层的形状为球形、线形、棒状、片状或管状。

9.一种使用如权利要求1-8任一项所述的三位电化学-多相臭氧催化反应装置进行水处理的方法，其特征在于：

所述管状膜阳极(2)同时作为O₃曝气器和阳极，O₃气体从管状膜阳极(2)内部穿过管状钛膜基体和第一催化层后，扩散至装置内部；向管状膜阳极(2)和所述的阴极之间施加恒定电流，在电场作用下，阴、阳极之间填充的三维颗粒电极变成无数复极性的带电颗粒电极，气体扩散层促进O₃吸附在颗粒电极界面并发生电-多相催化反应产生H₂O₂以及羟基自由基；

O₃气体与阴极发生电化学还原反应，将O₃气体中的残余O₂转化为H₂O₂,促进O₃与H₂O₂的均相反应，产生羟基自由基；

腔体底部的超声波发射头阵列向腔体内施加一定功率的超声波能量，强化O₃的溶解促进气泡在水中的空化效应产生自由基；

废水从腔体底部进入，从腔体上部的出水口排出，其中剩余臭氧从腔体顶部排气口排出；废水中的有机物分别与管状膜阳极、阴极、三维颗粒电极以及超声波发生协同反应，完成降解。