[发明专利]一种用于废水处理的可见光催化-芬顿膜反应器

说明书

本发明涉及一种用于废水处理的可见光催化‑芬顿膜反应器，适用于难降解有机污染物的处理。基于双功能催化剂，耦合光催化与类芬顿过程，通过膜分散强化耦合效应，提高有机污染物的降解率。其步骤包括：（1）将废水与催化剂在废水处理反应器中混合；（2）将可见光辐照反应器，进行光催化氧化反应；（3）同时膜分散H₂O₂通入反应器，进行芬顿氧化反应；（4）光催化‑芬顿反应后，废水中有机污染物被氧化降解。该发明首次将膜过程、光催化、类芬顿三个过程集成耦合，膜反应器提高类芬顿氧化效率、光催化光子效率，从而实现还原、氧化反应链式衔接，同时利用光能、化学势能协同降解水中有机污染物。

技术领域

本发明涉及一种用于废水处理的可见光催化-芬顿膜反应器，属于废水处理领域。

背景技术

高级氧化过程深度处理废水的主要方法包括芬顿氧化、光催化氧化、臭氧氧化、电化学氧化等，在有机废水处理中具有高效、彻底等优点，但也存在一些现有问题。例如，芬顿氧化过程中H₂O₂利用率较低，且有铁污泥生成；光催化过程一般仅对紫外光响应，可见光利用率及光子效率低；臭氧氧化的能耗高，臭氧溶解度与利用率低；电化学法的电极制备较繁琐，电能消耗较高。膜分散技术利用膜层纳米级孔道，将反应物渗透式分散混合，从而强化液液微传质效率。近几年出现了将膜分散与芬顿过程耦合处理废水的方法，可以由膜分散H₂O₂氧化试剂亦可以由膜分散Fe²⁺液相芬顿催化剂，以提高H₂O₂利用率与氧化反应效率。

中国专利CN 201611244230.8中公开了一种用于废水处理的膜法类 Fenton 工艺，利用膜分散H₂O₂控制氧化剂进料浓度分布，避免了局部浓度过高与自清扫效应，提高了H₂O₂利用率。在常温常压下，H₂O₂(mg/L):COD(mg/L) 比例为 0.35 -1.25， COD 去除率为50%-70%，该工艺仅为膜技术与芬顿过程的单一耦合。Diaz-Angulo 等人公开了套管式膜反应器用于水中抗生素阿莫西林降解，膜分散Fe²⁺芬顿催化剂溶液有效促进了H₂O₂利用率并抑制了铁淤泥生成(Chemosphere, 2021, 263, 128049)。该方法仅为膜分散与光芬顿过程的单一耦合（UV/Fe²⁺/H₂O₂），因Fe²⁺催化剂不具备光催化活性故不涉及光催化过程。Castellanos等人公开了紫外光驱动的光催化膜反应器，采用TiO₂-P25光催化剂负载的陶瓷膜分散H₂O₂溶液，用于水中内分泌干扰化学物质（EDCs）降解处理(Chemical EngineeringJournal, 2020, 395, 124998)。该方法仅为膜分散与光催化（紫外光型）的单一耦合（UV/TiO₂/H₂O₂），因TiO₂光催化剂不具备芬顿活性故不涉及芬顿催化氧化过程。

发明内容