[实用新型]一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置

说明书

本实用新型提供一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置，包括反应器主体，电源和进出水系统。反应器主体包括改性碳毡阴极，碳纳米管薄膜阳极，磁化零价铁填充物。阴极壳体下部设有进水口和进气口，阳极壳体上部设有出水口。碳纳米管薄膜阳极通过钛丝和导线与电源正极相连，改性碳毡阴极通过钛丝和导线与电源负极相连。经过磁化的零价铁被置于阴极和阳极之间形成的密封区域。本实用新型可以促进零价铁的腐蚀，避免铁的流失，又可以加速三价铁离子到二价铁离子的还原，进而加速原位产生的双氧水的分解，克服了传统芬顿法中药剂投量大，污泥产生量大的缺点。

技术领域

本实用新型涉及一种废水处理装置，利用可高效产双氧水的改性碳毡做阴极，碳纳米管薄膜做阳极，并将经过磁化的零价铁置于阴极和阳极之间，构建的新型过滤式电芬顿反应装置。

背景技术

芬顿氧化反应通过二价铁离子(Fe²⁺)和外加双氧水(H₂O₂)反应产生强氧化性的羟基自由基(·OH)对污染物尤其是有机污染物进行降解，因其高效性和环境友好性在废水处理领域中得到广泛的关注和研究。但是，外加H₂O₂存在试剂费用高，储存和运输安全性差等缺点，限制了芬顿反应的应用。电芬顿技术利用产H₂O₂的材料做阴极，可以原位产H₂O₂，节约了试剂费用、规避了储运H₂O₂的不安全因素，具有突出的优势。而且，电芬顿可以促进Fe³⁺到Fe²⁺的还原，大大提高反应效率。但是，铁离子在pH大于3时发生沉淀，严重降低了反应效率，使该技术的应用受到了限制。

零价铁(Fe⁰)取代铁离子用于芬顿反应的优势在于可持续释放铁离子，避免了铁盐投加，节省了铁盐费用，同时免去了后续处理铁盐的麻烦，减少了铁泥的生成。但是零价铁表面易被氧化，导致铁离子的溶出速率下降，进而降低H₂O₂的分解速率。

为了促进铁离子的溶出，不少研究人员在其研究中采用了比表面积大、活性位点多、高活性的纳米Fe⁰。但是，纳米Fe⁰易团聚导致活性降低的缺点也严重限制了其应用。经过磁化的Fe⁰(pre-Fe⁰)是一种基于铁的“磁性记忆”的特性，将Fe⁰置于弱磁场中磁化几分钟制得的新型铁基材料。Fe⁰经磁化后可以大大增加Fe²⁺的溶出速率，加快与 H₂O₂的反应进程，产生更多的·OH，从而提升污染物的去除速率。但是，将pre-Fe⁰用于电芬顿反应中的实例并不多见。

目前的电芬顿反应体系局限于间歇流体系，废水处理量有限且能耗较高。连续流电芬顿体系可以在一定程度上解决上述问题。但目前连续流电芬顿体系存在双氧水产量低或不能充分发挥阴阳极同时过滤的特点，处理区域集中，易造成浓差极化。通过优化现有的电芬顿反应装置组构，达到提高氧气传质和铁利用率的目的，进而提升污染物的降解效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，以碳黑和聚四氟乙烯(PTFE)改性的碳毡做阴极，碳纳米管薄膜做阳极，形成柱状的过滤式反应装置，将pre-Fe0置于该装置阴、阳极之间的封闭区域，构成一种基于磁化零价铁的新型过滤式电芬顿反应装置。