[发明专利]一种阴极曝气与阴极改性相结合的复合阴极原位产双氧水或降解有机污染物的电芬顿方法

说明书

本发明涉及一种阴极曝气与阴极改性相结合的复合阴极原位产双氧水或降解有机污染物的电芬顿方法，复合阴极由催化层、导电层与曝气层构成，本发明的复合阴极能有效提高双氧水产率或降解有机污染物。阴极催化层用炭黑与聚四氟乙烯改性石墨毡阴极，导电层为金属板或金属多孔板，曝气层为微孔曝气板或微孔曝气滤膜。空气或者氧气通过微孔曝气板或微孔曝气滤膜到达阴极催化层。复合阴极催化层用0.2g炭黑，0.4mL聚四氟乙烯改性石墨毡时，120min双氧水的积累量可达492mg/L，将复合阴极用于处理富里酸溶液，30min富里酸去除率为85.37％。本发明中阴极改性与阴极曝气方法简单；改性阴极的制备材料价格低廉；复合阴极性质稳定，寿命长；复合阴极双氧水产率高，有机污染物去除效果好。

技术领域

一种阴极曝气与阴极改性相结合的复合阴极原位产双氧水或降解有机污染物的电芬顿方法，属于电化学水处理领域。

背景技术

城市垃圾数量的剧增导致垃圾渗滤液的处理成为亟待解决的问题。把纳滤膜和反渗透膜工艺作为推荐的垃圾填埋场的垃圾渗滤液深度处理工艺，已经在大量垃圾填埋场得到采用。虽然膜技术能去除大部分的污染物，但是会产生大约20％～30％的膜滤浓缩液，尤其是纳滤膜浓缩液，具有很高的COD、色度大、可生化性差，是一种高浓度难降解有机废水。浓缩液总溶解性有机物包含低分子量的脂肪酸类、高分子的腐殖质类和中等分子量的灰黄酸类物质。其中腐殖质类物质被公认为是浓缩液有机碳中的主要成分及难降解部分，也是造成渗滤液色度的主要物质，主要分为腐殖酸和富里酸及其他难降解物质。由于纳滤膜浓缩液可生化性差的特点，采用传统的生物处理法很难达到排放标准。

电芬顿技术(EF)是基于芬顿反应的电化学高级氧化技术，阴极材料表面发生二电子氧还原反应过程(ORR)，生成的H₂O₂与存在于溶液中的Fe²⁺反应，产生强氧化剂羟基自由基(·OH)氧化降解污染物，可有效处理难降解有机废水，例如纳滤浓缩液。电芬顿体系中，如何提高H₂O₂产率是制约电芬顿方法处理效果的重要因素，而阴极材料的性能被认为是H₂O₂产率大小的关键。

石墨毡比表面积较大，导电性能优良，抗压能力强，价格低廉。可作为电芬顿技术的阴极材料，但石墨毡阴极材料电催化产生双氧水的产量不高，制约了其在电芬顿体系的应用，另一制约双氧水产率的因素是阴极的氧含量，氧气在溶液中受到溶解度和传质扩散的限制难以到达阴极，因此开发一种既能提高石墨毡电催化活性，又能减少氧气在阴极附近的传质阻力，且简单、低廉的复合阴极对提高电芬顿双氧水的产率，促进其在降解有机废水中的推广应用极为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备方法简单，价格低廉的阴极曝气与阴极改性相结合的复合阴极原位产双氧水或降解有机污染物的电芬顿方法。

本发明的目的通过以下技术方式实现。

一种阴极曝气与阴极改性相结合的复合阴极原位产双氧水及降解有机污染物的电芬顿方法，复合阴极包括曝气层、导电层和催化层，该复合阴极的制备通过以下方法实现。

复合阴极曝气层为微孔曝气板或微孔曝气滤膜，孔径分布均匀，曝气层中的空气/氧气通过微孔曝气板或微孔曝气滤膜与阴极催化层充分接触。

复合阴极导电层为耐腐蚀导电性良好的金属板或金属多孔板，孔径分布均匀，其目的是增加阴极的导电性，节省电能。

阴极的制备

用丙酮超声清洗30min去除石墨毡的表面污渍，再用去离子水超声清洗数次清除残留的丙酮，在80℃烘箱中干燥8～12h，记为预处理石墨毡；

向30～50mL去离子水中依次加入0.1～0.3g炭黑和0.1～0.6mL聚四氟乙烯，超声30min使其分布均匀，形成炭黑和聚四氟乙烯分散液；