一種電芬頓產自由基控制方法與流程

本發明屬于電芬頓領域，是在現有電芬頓技術的研究基礎上，確定一種羥基自由基生成速率最快、能耗最低的高效電芬頓體系控制方法。

背景技術：

電芬頓法是一種電化學高級氧化法，通過電化學法以生成二價鐵和雙氧水，從而形成持續的芬頓反應，最終生成具有強氧化性、無選擇性的羥基自由基(·OH)，可將有機物分子結構破壞，直至完全礦化生成二氧化碳和水，在工業廢水處理中有機物的去除有廣闊的應用前景。電芬頓技術相對于傳統的芬頓技術具有如下優點：(1)雙氧水由氧氣在陰極上得電子而還原生成，不用外部投加，降低了雙氧水的運輸和保存成本；(2)芬頓反應后生成的三價鐵離子可擴散到陰極，在陰極作用下可得電子再生為二價鐵離子，從而在電芬頓反應中循環使用，降低了傳統芬頓反應中鐵的需求量，使最終污泥量大大減少；(3)電芬頓的副反應如電混凝和電絮凝作用，也會加速廢水中有機物污染物的降解和去除。

電芬頓在陰陽極上進行的是等當量電化學反應，相同的時間內理論上將生成相同摩爾數的二價鐵離子和雙氧水，電極反應如下：

陽極反應

Fe-2e^-＝Fe²⁺ (1)

2H₂O-4e^-＝O₂+4H⁺ (2)

陰極反應

O₂+2H⁺+2e^-＝H₂O₂ (3)

2H₂O+2e^-＝H₂+2OH^- (4)

反應中生成的三價鐵離子與溶液中的氫氧根離子結合生成氫氧化鐵沉淀，最終以沉渣的形式被去除。

技術實現要素：

本發明的目的是通過構建鐵質犧牲陽極與空氣陰極耦合的電芬頓體系，提供一種電芬頓產自由基控制方法。

本發明主要解決的技術問題是實現一種羥基自由基產生速率最快、能耗最低的電芬頓體系控制方法，達到電芬頓體系能高效處理有機物廢水的目的。

為了實現本發明的目的，本發明采用的技術方案是：

(1)鉑電極與炭黑空氣陰極形成電回路1，鐵網電極與炭黑空氣陰極形成電回路2；電回路1和電回路2分別串聯一個延時繼電器，設置電回路1的開關頻率和電回路2的開關頻率比值(1-30秒∶0.3-50秒)；

(2)控制電回路1和電回路2中的電流，分別為5-20毫安/平方厘米和0.5-10毫安/平方厘米中的最優值；

(3)實現雙氧水產能，自由基單位產量能耗79.1J。

本發明所提供的一種電芬頓產自由基控制方法的優點在于：控制方法操作簡單，能高效生成自由基且能耗較低。

附圖說明

附圖1是不同電流密度下過氧化氫的產量圖。

附圖2是不同電流密度下鐵網電極鐵離子釋放濃度圖。

附圖3是運行時間之比為5∶1.5的各頻率自由基產量圖，自由基產量和吸光度成正比，吸光度值越大，自由基產量越高。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明。

一種電芬頓產自由基控制方法，包括以下步驟：

(1)以80目鐵網和鉑絲作為雙陽極，三層滾壓式炭黑陰極作為陰極，接觸面積為7cm²，同時使用恒流泵和膠管在反應器里形成一個水內循環系統，膠管體積6ml；

(2)配制濃度為0.1mol/L的硫酸鈉和10mmol/L的水楊酸混合溶液作為反應基質，調節基質pH值為3～3.5之間，取36mL混合溶液置于反應器中，開啟恒流泵，使反應器形成內循環，恒流泵流速為37mL/min；

(3)鉑電極與炭黑空氣陰極形成電回路1，鐵網電極與炭黑空氣陰極形成電回路2；電回路1和電回路2分別串聯一個延時繼電器，設置電回路1的開關頻率和電回路2的開關頻率比值(1-30秒∶0.3-50秒)；

(4)控制電回路1和電回路2中的電流，分別為5-20毫安/平方厘米和0.5-10毫安/平方厘米中的最優值。

根據實驗結果驗證，通過構建鐵質犧牲陽極與空氣陰極耦合的電芬頓體系，在最佳控制參數條件下，電芬頓反應器中運行10min，實現雙氧水濃度1.9mmol/L，能耗55.9J，最終自由基單位產量能耗79.1J，能耗降低最大達到30％。