一种提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法

本发明属于电化学技术和环境保护领域，具体涉及一种提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法。

背景技术：

1、活性氯在水体消毒、提高水质、促进污染物降解等方面应用广泛，在高盐废水处理中利用活化氯离子来产生活性氯，能够促进污水处理效率。公开号为cn113929187a的中国专利文献公开了利用ti3c2tx材料强化传统阳极的氧化作用，在催化体系中产生大量活性氯和羟基自由基，用于有机污染物的去除。然而，尽管ti3c2tx材料强化传统阳极电氧化处理过程不需额外添加化学试剂，但是阳极材料的制作工序较为繁杂。公开号为cn111233224a的中国专利文献公开了一种将电氧化与光催化协同处理废水的电化学高级氧化法，能够同时去除海产养殖废水中氮磷、抗生素和杀菌，从而达到海产养殖水排放标准，但是该方法仍然存在因为电耗、购置设备、基础建设等造成的早期成本和运营成本问题。

2、电催化处理高盐废水具有无二次污染、反应快速、操作简单的优点，其原因在于电催化技术能够将高盐体系中的盐分转化为所需物质，比如活性氯。但有研究发现，电催化处理高盐废水能产生活性氯提高污染物处理速度和效率，但是也可能面临着产生高氯酸盐的风险。因此，获得一种清洁、高效提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，并且避免高价氯化物的产生对高盐有机废水的处理和消毒具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简易、反应启动快、清洁高效、无需额外试剂添加、无二次污染、操作条件适应性强的提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

3、一种提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，包括以下步骤：在紫外线和/或热源条件下，将高盐废水通入电催化体系中，先在停留状态下进行电催化反应，当50μg/cm2≤活性氯的含量fcs≤350μg/cm2时，将高盐废水在流动状态下进行电催化反应，控制流动状态下高盐废水的进出水流速保持一致并使30μg/cm2≤活性氯的含量fcs＜350μg/cm2，直至将高盐废水处理完毕；所述电催化体系包括阳极和阴极，所述阴极采用的阴极材料的塔菲尔斜率为80mv·dec-1～300mv·dec-1，所述阳极采用的阳极材料的析氧电位<2.2v。

4、本发明的阴极材料，具有高的析氢活性，能够选择性析出氢气，减弱活性氯的阴极还原效应；本发明的阳极材料，控制析氧电位<2.2v，能够抑制析氧反应，有效提高对氯离子的氧化能力，促进活性氯在阳极产生；本发明外加的紫外线和/或热源手段，辅助激活氯离子，从而促进短时间内氯离子的激活速度；本发明在流动状态下电催化反应中高盐废水的进出水流速保持一致，从而避免活性氯被阳极氧化进一步转化为有毒的高价态氯化物。

5、上述的方法，优选的，流动状态下每分钟进水量与停留状态下的反应量的体积比为1～20∶400。

6、上述的方法，优选的，所述停留状态下进行电催化反应的时间为30min～60min。

7、上述的方法，优选的，所述流动状态下进行电催化反应时，高盐废水的进水流速和出水流速均为1ml/min～20ml/min，所述流动状态下进行电催化反应的时间为60min～600min。

8、上述的方法，优选的，所述紫外线的强度为10mw/cm2～100mw/cm2，所述热源的温度为20℃～80℃。

9、上述的方法，优选的，所述阴极材料包括不锈钢材料或泡沫铁镍材料，所述阳极材料包括钛基材料或铅基材料。

10、上述的方法，优选的，所述高盐废水的ph值为3.0～11.0，所述高盐废水中nacl的含量为1000mg/l～60000mg/l，所述高盐废水中na2so4含量为1.4g/l～7.1g/l。

11、上述的方法，优选的，所述电催化体系中电流密度为2.7ma/cm2～8ma/cm2。

12、上述的方法，优选的，所述阳极与阴极的板间距为2.0cm～4.0cm，所述阴极的厚度为1mm～5mm、长度为30mm～100mm、宽度为30mm～100mm，所述阳极的厚度为1mm～5mm、长度为30mm～100mm、宽度为30mm～100mm。

13、本发明中，fcs：free chlorine species，自由氯物种。

14、本发明中，阴极材料可以是修饰三维阴极材料，修饰三维阴极材料是指通过表面氧化、表面涂层、表面沉积或酸碱方式处理并且具有三维结构的阴极材料。阳极材料是负载催化剂的阳极材料，负载催化剂的阳极材料可以是负载金属掺杂催化剂的阳极材料、负载氮掺杂催化剂的阳极材料或负载硫掺杂催化剂的阳极材料。

15、与现有技术相比，本发明的优点在于：

16、(1)本发明公开了一种提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，通过筛选适宜阴极和阳极材料+热源和/或紫外线辅助+连续处理高盐废水(即流动状态下高盐废水的进出水流速保持一致)手段来提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力，具体为：以紫外线和/或热源辅助析氧电位高的阳极活化氯离子，产生大量活性氯；同时，以析氢活性强的阴极避免活性氯的还原，进一步提高活性氯的保有量；进一步的，经连续电催化处理手段，将大量活性氯带出电催化体系，避免活性氯被深度氧化成高氯酸盐，同时引入新鲜高盐废水，以补充氯离子消耗。本发明所选择的阳极(该阳极材料的析氧电位<2.2v)，能够满足提高阳极氧化活性和减弱高价氯化物产生两个目的，也就是说，尽管强氧化性电极能够快速氧化降解污染物，但是同时对高盐废水中的氯离子的氧化程度也更高，容易产生有毒高价氯化物，然而本发明所选择的阳极，其催化活性的最大限值有助于促进活性氯产生并且避免进一步氧化，在析氧电位<2.2v的条件下，析氧电位可以尽可能高。同时，考虑到电催化体系中活性氯的消耗过程主要发生在阴极还原以及与活性氯氧化污染物的过程中，本发明所选择的阴极(该阴极的塔菲尔斜率为80mv·dec-1～300mv·dec-1)，能够降低电催化体系中对活性氯还原，为电化体系留存大量活性氯，促进污染物在电催化体系中快速降解。与序批式电催化处理相比，本发明的连续电催化处理高盐废水时将电催化体系中大量活性氯转移，减低了活性氯在电催化处理过程中被阳极进一步氧化的可能性，从而最大程度利用活性氯。本发明的方法，具有操作简易、反应启动快、清洁高效、无需额外试剂添加、无二次污染、操作条件适应性强等优点，能够高效降解高盐废水中抗生素。

17、(2)针对传统电化学处理高盐废水时水体中高含量的盐分容易堵塞并抑制电极活性材料的问题，本发明的方法，将高盐废水中nacl对实际处理过程中的阻碍转化为污染物降解的助力，有效地将高盐废水中大量的氯离子转化为活性氯，利用活性氯的氧化能力提高污染物去除能力。

技术特征：

1.一种提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：在紫外线和/或热源条件下，将高盐废水通入电催化体系中，先在停留状态下进行电催化反应，当50μg/cm2≤活性氯的含量fcs≤350μg/cm2时，将高盐废水在流动状态下进行电催化反应，控制流动状态下高盐废水的进出水流速保持一致并使30μg/cm2≤活性氯的含量fcs＜350μg/cm2，直至将高盐废水处理完毕；所述电催化体系包括阳极和阴极，所述阴极采用的阴极材料的塔菲尔斜率为80mv·dec-1～300mv·dec-1，所述阳极采用的阳极材料的析氧电位<2.2v。

2.根据权利要求1所述的提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，其特征在于，流动状态下每分钟进水量与停留状态下的反应量的体积比为1～20∶400。

3.根据权利要求1所述的提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，其特征在于，所述停留状态下进行电催化反应的时间为30min～60min。

4.根据权利要求1所述的提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，其特征在于，所述流动状态下进行电催化反应时，高盐废水的进水流速和出水流速均为1ml/min～20ml/min，所述流动状态下进行电催化反应的时间为60min～600min。

5.根据权利要求1所述的提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，其特征在于，所述紫外线的强度为10mw/cm2～100mw/cm2，所述热源的温度为20℃～80℃。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，其特征在于，所述阴极材料包括不锈钢材料或泡沫铁镍材料，所述阳极材料包括钛基材料或铅基材料。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，其特征在于，所述高盐废水的ph值为3.0～11.0，所述高盐废水中nacl的含量为1000mg/l～60000mg/l，所述高盐废水中na2so4含量为1.4g/l～7.1g/l。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，其特征在于，所述电催化体系中电流密度为2.7ma/cm2～8ma/cm2。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，其特征在于，所述阳极与阴极的板间距为2.0cm～4.0cm，所述阴极的厚度为1mm～5mm、长度为30mm～100mm、宽度为30mm～100mm，所述阳极的厚度为1mm～5mm、长度为30mm～100mm、宽度为30mm～100mm。

技术总结
本发明公开了一种提高电催化处理高盐废水中活性氯利用能力的方法，包括以下步骤：在紫外线和/或热源条件下，将高盐废水通入电催化体系中，先在停留状态下进行电催化反应，当50μg/cm<supgt;2</supgt;≤活性氯的含量FCS≤350μg/cm<supgt;2</supgt;时，将高盐废水在流动状态下进行电催化反应，控制流动状态下高盐废水的进出水流速保持一致并使30μg/cm<supgt;2</supgt;≤活性氯的含量FCS＜350μg/cm<supgt;2</supgt;，直至将高盐废水处理完毕。本发明的方法具有操作简易、反应启动快、清洁高效、无需额外试剂添加、无二次污染、操作条件适应性强等优点，能够高效降解高盐废水中抗生素。

技术研发人员：汤琳,倪婷,冯浩朋,易雨洋,邬洋峰,郭余瑶
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15