[00750568]可见光光电催化协同三维电极-电芬顿去除有机物方法

难降解有机污染物的处理一直是环境治理中的难点，多项研究表明，高级氧化技术是处理难降解有机污染物最有效的方法，其过程中产生的高活性氧化中间体羟基自由基，具有非常高的氧化还原电位，可以无选择的与有机污染物进行反应，达到污染物降解甚至矿化的目的。电催化氧化技术和光催化氧化技术在高级氧化技术领域受到广泛关注。新型的三维电极/电芬顿技术将三维电极电催化氧化技术与电芬顿技术有机的结合起来，是针对二维电极电芬顿法传质效率差，电流效率低，能耗高的缺点，将粒子电极引入二维电极/电芬顿体系，增加了工作电极表面积，改善了传质效果，提高了电流效率。该组合技术具有协同高效催化效果，且装置简单，便于实际应用的优点受到广泛亲睐，但是作为电催化氧化技术，仍存在能耗偏高的局限性。在传统光催化技术上发展起来的光电催化技术，是将TiO<,2>光催化剂固定在电极材料上，通过外加电场促进光生电子-空穴的分离从而提高光催化效率的方法，该方法成功的解决了传统光催化中催化剂难分离、电子空穴易复合的问题，但是仍存在催化效率低，无法利用可见光、实际应用受限等问题。因此，研究者将目光转向了其与电催化氧化方法的耦合，如与三维电极电催化技术的结合，有效的解决了电催化效率低的问题，为光电催化的实际应用提供了可能。然而现有的结合技术仍然限于紫外光下光电催化的研究，不能直接利用可见光且达到协同处理效果。该发明针对现有技术的不足，提出一种利用可见光实现光电催化技术与电催化氧化技术的结合且能达到协同处理，同时降低三维电极/电芬顿技术的能耗消耗的可见光下光电催化协同三维电极/电芬顿去除有机物的方法。该发明的是这样实现的：一种可见光光电催化协同三维电极/电芬顿去除有机物方法，采用钛基TiO<,2>或其可见光改性电极作为阳极，碳质材料作为阴极，在阴、阳极板内侧设有2个绝缘隔板，活性炭粒子电极或其可见光改性粒子电极填充于绝缘隔板之间，通过曝气装置对阴极进行曝气，同时施加直流稳压和可见光辐照，组成可见光光电三维电极/电芬顿体系，将难降解的有机物置于该可见光光电三维电极/电芬顿体系中进行降解。以上所述的钛基TiO<,2>为钛基TiO<,2>纳米管电极、钛基TiO<,2>介孔薄膜电极或者钛基TiO<,2>纳米管电极和钛基TiO<,2>介孔薄膜电极二者的金属离子改性电极，金属为过渡金属中的一种或两种共掺。优选的，以上所述的金属离子改性电极为Fe-Ni共掺改性电极或者Co-Ni共掺改性电极。以上所述的活性炭粒子电极或其可见光改性粒子电极为柱状或颗粒状，颗粒粒径为3-5mm，柱状直径3-5mm，长径比为1-51，粒子电极的填充量50-200g/L。以上所述的可见光改性粒子电极为活性炭或者石墨负载金属掺杂改性后的TiO<,2>；所述的金属为过渡金属中的一种或两种共掺。优选的，以上所述的改性后的TiO<,2>为颗粒活性炭或石墨负载Fe-Ni共掺改性TiO<,2>或者Fe-Co共掺的TiO<,2>。以上所述的曝气控制曝气量为0.5-5L/min；所述的可见光光电三维电极/电芬顿体系中控制反应溶液的pH为2.5-4电解质Na<,2>SO<,4>的投加量为5-10g/L，Fe<'2+>投加量为0.05-2m。以上所述的阴极和阳极间的电压控制为15-3V，两极间的板间距为4-8cm；所述的绝缘隔板的孔径为2-2.5mm。以上所述的可见光辐照为外照式，采用的光源为氙灯、卤钨灯或日光灯，与阳极板呈60°角照射。该发明与现有技术相比，具有以下优点：该发明将可见光引入三维电极/电芬顿反应体系，通过采用具有可见光催化性能的阳极板和粒子电极替代传统的电极，使三维电极/电芬顿体系可以利用可见光进行光电协同催化反应；可见光的引入，既促进了芬顿反应的进行，又为三维电极/电芬顿体系提供新的能量来源，同时与阳极、粒子电极发生光电催化反应，减少了三维电极/电芬顿反应体系能耗，并产生协同催化氧化效果，高效快速降解有机污染。该方法采用钛基TiO<,2>电极及其可见光改性电极作为阳极，该电极为DSA类电极，具有非常长的使用寿命，几乎不溶出，对谁不会造成二次污染；同时可以在可见光和电场存在下发生可见光光电催化作用，该类电极与常规的石墨电极相比，其处理能耗大大降低，仅为石墨电极的1/50。该发明采用活性炭或其可见光改性粒子电极，不仅增加了电催化效率，同时该粒子电极在可见光作用下发生表面光电催化，促进了反应过程和粒子电极的再生过程。该发明采用碳质材料为阴极，其吸氧作用和吸附性能可在阴极表面快速生成H<,2>O<,2>，能促进芬顿反应的进行。该发明中可见光的存在即能促进芬顿反应的进行，提高了三维电极/电芬顿体系的污染去除率，60min的污染物降解率提高了44.7%；又为三维电极/电芬顿系统提供新的能量来源，大大减少了三维电极/电芬顿系统能耗，该装置反应能耗为常规的双石墨电极，活性炭粒子电极反应器的1/82.8。