[发明专利]一种降解自来水中抗生素的电化学方法和装置

说明书

本发明提供一种降解自来水中抗生素的电化学方法和装置，将膜电极集合体置于自来水中，通电对自来水中抗生素进行电化学催化氧化，其中，膜电极集合体的阳极为涂敷有氧化铅或硼掺杂金刚石或镍锑掺杂二氧化锡材料的钛网。本发明通过特殊选择电化学催化的阳极，在对自来水中抗生素进行电化学催化降解时，该阳极也会分解水产生臭氧，因此不需要额外的臭氧产生设备即可实现电化学催化氧化和臭氧氧化协同作用，提高自来水中抗生素的降解效率。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体属于一种高效降解自来水中抗生素的电化学的方法和装置。

背景技术

抗生素具有抑菌和杀菌功能，在医疗和畜禽养殖业得到了广泛应用。近年来，随着人们对环丙沙星、四环素等抗生素类药物的深入研究，发现存在于水环境中的抗生素具有较强的生物累积性和生物难降解性，这将会给人体健康和生态环境带来潜在的危害。常见的水中抗生素处理方法分为物理法(吸附、混凝沉降)、化学法(电化学氧化、光催化氧化、臭氧氧化)以及生物法(植物降解、微生物降解)，其中电化学氧化法具有运行成本低、有机物去除效率高、二次污染小等优点，因此被广泛应用。

专利CN115613093A公开了一种铈掺杂的二氧化铅电极制备方法及其应用，该方法采用铈掺杂的二氧化铅为阳极、石墨板为阴极，降解盐酸四环素废水，当电流密度为10mA/cm²、电极间距为3cm、Na₂SO₄电解质浓度为1g/L时，电解10min后，盐酸四环素的去除率为63.44％。

专利CN110980895A公开了一种从水中电吸附并降解去除抗生素的方法及装置，该方法及装置采用Ti/TiO₂NT-CuO电极降解低浓度的抗生素废水，首先将抗生素废水溶液通入电解槽，进行电吸附后排出，再将电解质溶液通入电解槽，在恒流条件下电化学降解被吸附在电极上的抗生素。

然而自来水中没有足够的电解质实现电化学氧化，额外补充电解质可能导致自来水的污染，因此上述废水处理的电化学技术并不适用于自来水。此外单一的电化学催化氧化技术处理抗生素的效率仍有进一步提升的空间。

臭氧作为一种强氧化剂，可以高效氧化降解水中的有机污染物，因此在废水处理及给水处理领域具有广泛的应用。但单独的臭氧氧化并不能将抗生素完全矿化，存在将抗生素转化为毒性更高的中间产物的风险，而且单独的臭氧氧化一般对抗生素的去除效率不足40％。将臭氧氧化技术和电化学催化氧化技术联合起来应用将有机会实现抗生素的高效降解矿化，但传统的臭氧和电化学催化氧化技术联用工艺往往是采用独立的臭氧产生单元将产生的臭氧气体溶于水中，与另外独立运行的电化学催化氧化过程联用。这种相互独立的臭氧和电化学催化氧化联用处理工艺导致了设备和工艺流程复杂的问题，而且工艺整体操作难度较大，运行成本较高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种降解自来水中抗生素的电化学方法和装置，通过特殊选择电化学催化的阳极，在对自来水中抗生素进行电化学催化降解时，该阳极也会分解水产生臭氧，因此不需要额外的臭氧产生设备即可实现电化学催化氧化和臭氧氧化协同作用，提高自来水中抗生素的降解效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种降解自来水中抗生素的电化学方法，将膜电极集合体置于自来水中，通电对自来水中抗生素进行电化学催化氧化，其中，膜电极集合体的阳极为涂敷有氧化铅或硼掺杂金刚石或镍锑掺杂二氧化锡材料的钛网。

进一步的，在工作电压为2V～6V、电流密度为15mA/cm²～60mA/cm²的条件下进行10min～30min的电化学催化氧化。

进一步的，进行电化学催化氧化的电流大小取决于膜电极集合体1的尺寸，所述膜电极集合体尺寸由极水比确定，所述极水比为每平方厘米电极面积对应水的体积为0.05L～1L。

进一步的，自来水中产生的臭氧浓度范围为0.05mg/L～2mg/L。