[发明专利]基于七氧化四钛催化颗粒的三维电极及其在污水处理中的应用

说明书

本发明公开了基于七氧化四钛催化颗粒的三维电极及其在污水处理中的应用，属于三维电化学水处理技术领域。本发明是以高催化活性、高电导率七氧化四钛颗粒为填料的三维电催化处理技术，其主要原理为填装在阴阳极间的颗粒小球受电场感应作用成为独立的电解单元，从而实现高体表比的电催化反应空间，强化了电化学电解效率，其处理效率活要远远高于以活性炭、绝缘陶瓷等颗粒电极的催化效果。本发明方法所制得的催化颗粒电极具有化学稳定性强、耐酸碱性高、导电性能好、环保绿色等优点，适合工业化生产，可广泛应用于电催化氧化技术污水处理领域，具有较好市场前景。

技术领域

本发明属于三维电化学水处理技术领域，具体涉及一种基于七氧化四钛催化颗粒的三维电极及其在污水处理中的应用。

背景技术

随着我国工业农业快速发展，不仅各类有机废水的年排放总量快速增长，而且含有难降解有机污染物的废水日益增多。废水中所含难降解有毒有机成份也越来越多，有些甚至是致癌、致突变、致畸变的有机物，对环境尤其是水环境的威胁和危害越来越大。难降解有机废水中的有机污染物由于其结构稳定、可生化性差、毒性强等特点，导致用常规的物理、化学、生物方法难以满足净化处理在技术和经济上的要求。

电催化氧化属于高级氧化技术，具有操作条件温和，无二次污染，电极反应直接或间接产生的羟基自由基能将难降解有机污染物彻底降解矿化等优点。三维电极电催化氧化是一种新型的电催化氧化技术，它是在传统二维电解槽中填充粒状或其他碎屑状材料并使之表面带电，从而使电荷以三维空间分布。

三维电极是在电极上施加一定的电压，使填充粒子在高梯度的电场作用下感应成为极性粒子，每一个粒子都成为一个独立的电极，即在粒子一端发生阳极反应，另一端发生阴极反应，使电化学氧化还原反应在每个粒子表面同时进行，从而在宏观的电解池内产生了无数个微型电解池。而传统的二维电极法由于电极的表面积小，反应面积有限，导致电流效率比较低，对污水的处理效果尚有待提高。在二维电极的基础上发展起来的三维电极法，以一种通过填充大量导电材料与阴阳两极之间，提高电极微效率的方法。与传统的二维电极相比，电极的比表面积与体积比增加了很多，电流效率也因此得以提高，加快了污水的降解速率，因此得到了人们的广泛关注。然而三维电极多数是由活性炭作为粒子电极进行填充的。活性炭阻抗低，填充方式难以控制，很容易引起短路；另一方面，活性炭颗粒的机械强度有限，在长期的水力冲击下容易破碎流失，导致电催化效率降低，出水水质变差；此外，活性炭的高填充密度使其更适用于处理低浓度的污水，但对高浓度污水的处理效果不理想，特别在长期处理含高浓度悬浮颗粒物的污水时，经常面临电极堵塞的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种制备方法简单、颗粒性质稳定、电催化效率高的三维颗粒电极，并将其用于三维反应体系中，氧化降解水中有机污染物。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种七氧化四钛颗粒的制备方法，是以二氧化钛为原料，加入粘结剂，制成颗粒，以金属钛粉为还原剂，在高温下合成的七氧化四钛颗粒。

在上述方案的基础上，所述二氧化钛与粘结剂的质量比10:0.2～10:1。

在上述方案的基础上，所述加入的粘结剂为质量分数为0.1％～5％有机或无机粘结剂；优选的，所述粘结剂为聚氧化乙烯、石蜡油、丙烯酸中的至少一种。

所述制粒采用制药用常规制颗粒机，先将混合物捏合成可塑体经挤压通过孔板制成1.0～10.0mm的丸条，然后通过一对具有相对凹槽的滚轮制丸刀切割和水平向挫动，使丸条被切割并挫圆成1.0～10.0mm圆球，其中滚轮制丸刀的弧形直径与挤条孔板直径相一致；