本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種自清潔復(fù)合石墨電極電解氧化還原方法及裝置，屬于電化學(xué)電解技術(shù)領(lǐng)域，采用了周期轉(zhuǎn)向電解裝置，該裝置包括：電解槽、周期轉(zhuǎn)向控制器、直流電源系統(tǒng)，電解槽的正負(fù)電極為不溶金屬，中間設(shè)置有石墨復(fù)極，周期轉(zhuǎn)向控制器實(shí)現(xiàn)通電—斷開(kāi)—轉(zhuǎn)向通電—斷開(kāi)的循環(huán)操作，電解方法，包括如下步驟：1）將物料引入電解槽，電解物料的電導(dǎo)率應(yīng)大于0.1S/m，調(diào)節(jié)pH值為6～12；2）調(diào)節(jié)周期轉(zhuǎn)向控制器；3）通電進(jìn)行電解氧化還原反應(yīng)，電流密度5～80A/m2,該方法及裝置可以在電解氧化還原過(guò)程中實(shí)現(xiàn)電極的自清潔，降提高電解效率，降低電解能耗、易于工業(yè)化實(shí)施。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種電化學(xué)電解
，具體地說(shuō)是一種自清潔復(fù)合石墨電極電解氧化還原方法及裝置。
技術(shù)介紹
電化學(xué)電解水處理技術(shù)的基本原理是通過(guò)外加電場(chǎng)的作用，在特定的電化學(xué)反應(yīng)器中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)過(guò)程或物理過(guò)程，通常產(chǎn)生羥基自由基(· 0H)、臭氧(O3)、過(guò)氧化氫(H2O2)、次氯酸根(CIO—)、氯氣(Cl2)或原子氧等強(qiáng)氧化劑，進(jìn)而對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行降解，電化學(xué)電解技術(shù)是一種高級(jí)氧化技術(shù)。電化學(xué)電解處理方法作為一種“環(huán)境友好技術(shù)”已經(jīng)在一些難生化降解污染物處理中得到廣泛的研究和應(yīng)用。作為清潔處理工藝，電化學(xué)電解法具有高度的靈活性，既可單獨(dú)應(yīng)用，又可與其他處理方法相結(jié)合。電化學(xué)電解是在電極表面上發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，該反應(yīng)的特殊性表現(xiàn)在電極表面上存在雙電層和表面電場(chǎng)。電極上主要發(fā)生兩種類(lèi)型的反應(yīng)過(guò)程，一類(lèi)是電荷經(jīng)過(guò)金屬-溶液界面進(jìn)行的傳遞過(guò)程，這種電子的傳遞實(shí)現(xiàn)氧化或還原反應(yīng)。因?yàn)檫@些反應(yīng)由法拉第定律(即由電流流過(guò)所引起的化學(xué)反應(yīng)的量與通過(guò)的電量成正比)所支配，故稱(chēng)為法拉第過(guò)程。另一類(lèi)是在一個(gè)給定的電極-溶液界面，將會(huì)顯現(xiàn)出這樣的電勢(shì)范圍，在此范圍內(nèi)不發(fā)生電荷傳遞，然而，像吸附和脫附這樣的過(guò)程則可能發(fā)生。電極-溶液界面的結(jié)構(gòu)可以借改變電勢(shì)或溶液組成而改變，這些過(guò)程稱(chēng)為非法拉第過(guò)程。盡管在這些情況下電荷不通過(guò)界面，但是當(dāng)電勢(shì)、電極面積或溶液組成改變時(shí)，仍有外電流流過(guò)。當(dāng)發(fā)生電極反應(yīng)時(shí)，法拉第和非法拉第兩種過(guò)程都存在。電化學(xué)電解法是近年來(lái)新興的一種污水處理方法，主要是利用陰陽(yáng)極上發(fā)生的電極氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)處理廢水的目的。人們應(yīng)用電化學(xué)方法去除廢水中生物難降解有機(jī)物進(jìn)行了大量研究。陽(yáng)極氧化可分為直接氧化和間接氧化兩類(lèi)。在直接氧化過(guò)程中，有機(jī)物首先吸附到電極表面，然后通過(guò)陽(yáng)極氧化反應(yīng)而使有機(jī)污染物和部分無(wú)機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)；間接氧化是通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化作用的物質(zhì)或發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)之外的反應(yīng)，使被處理污染物氧化，最終轉(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)。對(duì)于陽(yáng)極直接氧化而言，如反應(yīng)物濃度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)表面反應(yīng)受傳質(zhì)步驟限制；對(duì)于間接氧化，則不存在這種限制。根據(jù)被氧化物質(zhì)氧化程度的不同，直接氧化法又分為2類(lèi)一是電化學(xué)轉(zhuǎn)化，即被氧化物質(zhì)發(fā)生部分氧化。對(duì)有機(jī)污染物而言，電化學(xué)轉(zhuǎn)化可以把有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒物質(zhì)，或把難生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可生物處理的物質(zhì)；二是電化學(xué)燃燒，即被氧化物質(zhì)完全氧化為無(wú)機(jī)物，如CO2 和 H2O。陰極還原是利用陰極還原反應(yīng)使O2還原為具有氧化活性的H2O2,氧化有機(jī)污染物。通過(guò)陰極的直接還原作用，水可以在陰極表面放電生成吸附態(tài)氫原子與吸附在陰極表面的鹵代烴分子發(fā)生取代反應(yīng)，使其脫鹵等。陰極還原可處理多種污染物，同時(shí)也是回收有價(jià)值物質(zhì)的一種方法。直接、間接電化學(xué)電解過(guò)程并不是絕對(duì)的，實(shí)際上有機(jī)物直接和間接電解反應(yīng)往往同時(shí)發(fā)生。利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性自由基，可以無(wú)選擇的對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化處理；且可以通過(guò)電極的電催化活性的控制，使有機(jī)物降解氧化到某一特定階段，使電化學(xué)轉(zhuǎn)化控制在完全降解或部分降解，是電化學(xué)方法最具有吸引力和挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。申請(qǐng)?zhí)枮?00820157652. 6技術(shù)涉及一種難降解有機(jī)廢水電解氧化裝置，由電解催化氧化裝置和電源組件構(gòu)成，電解催化氧化裝置中包含有進(jìn)水管、出水管、電解槽和電極板組件，陽(yáng)極板由Ti/Ru02+Ti02網(wǎng)狀三元電極，陰陽(yáng)極板間距20cm最佳，工作時(shí)，利用陽(yáng)極的直接氧化作用和溶液中的間接氧化作用對(duì)溶液中的污染物氧化，只要保證電解槽內(nèi)有足夠的極水比和電流密度，就能取得較穩(wěn)定的處理效果。該技術(shù)采用的陽(yáng)極價(jià)格昂貴，工業(yè)化實(shí)施成本高，且涂層易脫落失效，因此工業(yè)化有困難。申請(qǐng)?zhí)枮?00910050788. 6的專(zhuān)利技術(shù)涉及一種一體化電解脫氮除磷廢水處理方法，實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)電解槽中去除廢水中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽以及有機(jī)污染物。采用石墨和鐵板作為電極，通過(guò)間歇調(diào)換電極極性，交替改變電解除磷和電解脫氮過(guò)程，從而去除廢水中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽以及有機(jī)污染物。該專(zhuān)利技術(shù)根據(jù)電解除磷和電解脫氮過(guò)程中的電解時(shí)間、電流密度、PH值、污染物去除率等參數(shù)的變化特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化整合，過(guò)程中無(wú)需添加藥劑即可在短時(shí)間·內(nèi)高效去除廢水中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽以及有機(jī)物，具有占地面積小、處理時(shí)間短、污染物去除效率高的特點(diǎn)。其特征在于包含以下步驟1)在電解槽中放置1-2排電極，共有4-20對(duì)電極對(duì)，每對(duì)電極由鐵板電極和石墨電極構(gòu)成；將廢水由進(jìn)水管引入電解槽中，開(kāi)啟電解槽底部的曝氣裝置；2)首先，以石墨電極為陽(yáng)極，鐵板電極為陰極，對(duì)廢水進(jìn)行電解脫氮處理；溶液pH值低于5時(shí)，調(diào)換電流方向使得鐵板電極為陽(yáng)極，石墨電極為陰極，對(duì)廢水進(jìn)行電解除磷處理；溶液PH值高于8時(shí)，再次調(diào)換電流方向；如此循環(huán)進(jìn)行電解脫氮和電解除磷的處理過(guò)程2-3次；處理過(guò)程中pH值始終維持在5 8之間；3)處理結(jié)束，關(guān)閉曝氣裝置，靜置10-20分鐘；4)打開(kāi)閥門(mén)將沉積污泥由排泥管排出，同時(shí)通過(guò)排水管排水。該專(zhuān)利技術(shù)在電解槽底部采用了曝氣，由于氣泡會(huì)增大廢水的電阻，使電解耗電增加，同時(shí)其極板間距在10 50mm間，極板電流密度在5 150mA/cm2，也將增加其耗電量。該專(zhuān)利技術(shù)中間歇調(diào)換電極極性是在溶液PH改變后再調(diào)換，一般要20 120分鐘。申請(qǐng)?zhí)枮?00610040664. 6公開(kāi)了一種電解法降解廢水中苯胺或/和硝基苯的方法，它采用一個(gè)中間有陽(yáng)離子交換膜分隔的電解槽，陽(yáng)極室中加入含有苯胺或/和硝基苯及鹽的廢水，陰極室中加入稀NaOH溶液，分別用循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)，陽(yáng)極材料選用鈦基涂敷釕或鈦基涂敷二氧化鉛，陰極材料為不銹鋼或石墨，通直流電電解，苯胺或/和硝基苯被氧化降解除去，同時(shí)，廢水中鹽離解的陽(yáng)離子，在直流電場(chǎng)的作用下穿過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入陰極室，與0H_結(jié)合生成氫氧化物，不僅能回收堿液，還能對(duì)原廢水起到脫鹽的作用，有利于后續(xù)的生化處理單元。陽(yáng)極室和陰極室料液經(jīng)一定時(shí)間循環(huán)后，取樣，當(dāng)陽(yáng)極室料液中苯胺或/和硝基苯濃度下降到要求值時(shí)，停止操作，放出料液。該專(zhuān)利技術(shù)中采用了氯堿工業(yè)用的隔膜分室電解槽，氯堿工業(yè)中電解的食鹽水是要經(jīng)過(guò)多種工序處理的，而廢水中雜質(zhì)非常多，如鹽類(lèi)和有機(jī)物等，都易使隔膜塞，失去作用，如像氯堿工業(yè)一樣對(duì)廢水進(jìn)行處理是不可能的。因此，該方法工業(yè)化不太容易實(shí)現(xiàn)。申請(qǐng)?zhí)枮?3151224.0的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種含苯酚廢水的電解氧化處理工藝，該專(zhuān)利技術(shù)屬環(huán)境電化學(xué)中難降解有機(jī)廢水的無(wú)攪拌、內(nèi)循環(huán)、雙協(xié)同電解氧化處理工藝，尤其是含苯酚廢水的電解氧化處理工藝。采用內(nèi)循環(huán)板框式電解槽，以Ti基PbO2電極為陽(yáng)極，不銹鋼為陰極，含苯酚的廢水為電解液，通過(guò)電解，在陽(yáng)極上放電產(chǎn)生強(qiáng)氧化基團(tuán)羥基自由基(· OH)、陰極得到電子形成H2O2,陰陽(yáng)兩極協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)苯酚污染物的深度氧化分解，進(jìn)而達(dá)到處理含苯酚廢水的目的。其中陽(yáng)極和陰極交替排列，陰極板數(shù)量比陽(yáng)極板數(shù)量多I塊,相鄰極板間距20mm，電解的電源采用穩(wěn)壓直流電源，電流密度為30mA/cm2。申請(qǐng)?zhí)枮?2223848. 4的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種脈沖循環(huán)電解氣浮式污水處理裝置，它是采用折流式電解氣浮室，在氣浮室中設(shè)置分段式多電極結(jié)構(gòu)的電極組，其電極組為凸凹形或均布的W形結(jié)構(gòu)，電極組是由過(guò)電位低的不銹鋼絲網(wǎng)陽(yáng)極和石墨材料制作的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種自清潔復(fù)合石墨電極電解氧化還原方法，其特征在于采用了周期轉(zhuǎn)向電解裝置，該裝置包括：電解槽、周期轉(zhuǎn)向控制器、直流電源系統(tǒng)，電解槽的正負(fù)電極為不溶金屬，中間設(shè)置有石墨復(fù)極，周期轉(zhuǎn)向控制器實(shí)現(xiàn)通電—斷開(kāi)—轉(zhuǎn)向通電—斷開(kāi)的循環(huán)操作，電解方法，包括如下步驟：1）將物料引入電解槽，電解物料的電導(dǎo)率應(yīng)大于0.1S/m，調(diào)節(jié)pH值為6～12，氯離子含量應(yīng)小于0.5g/L；2）調(diào)節(jié)周期轉(zhuǎn)向控制器，轉(zhuǎn)向周期為30～600秒，斷開(kāi)時(shí)間與通電時(shí)間比為1：1～15；3）通電進(jìn)行電解氧化還原反應(yīng)，電流密度5～80A/m2。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳玉凱，謝嫚，張存中，陳甫雪，李漢軍，穆道斌，王國(guó)青，王雪梅，趙之平，丁春淡，于曉艷，侯慶偉，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：北京理工大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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