基于石墨烯材料的光電協同處理有機廢水的方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于石墨烯納米材料的光電協同處理有機廢水的方法及裝置，尤其涉及一種有機廢水處理的光催化和電吸附去離子組合型裝置。屬于水污染處理技術領域。
【背景技術】
[0002]有機廢水中不僅含有色度高、毒性大的有機污染物，而且還含有多種重金屬離子，對環境造成嚴重危害。光催化轉化、降解、礦化有機廢水中污染物研宄備受人們的關注，這些反應能在常溫常壓下發生，僅需要光、氧氣和水，就能使許多有毒的有機污染物發生轉化、降解或礦化，生成易被生物降解的小分子、CO2和無機離子。與現有的吸附、焚燒、生物氧化等環保技術相比，這種光催化技術應該具有成本低、礦化率高、二次污染少等優勢，有望成為下一代環保新技術。
[0003]通過降解、礦化后有機廢水往往含有高濃度的可溶性無機鹽分，廢水中無機鹽含量的高低不僅直接影響水的活度，從而導致水的滲透壓發生改變。當水的活度適當時微生物生長良好，活度過高會導致微生物細胞滲水過多破碎，過低則造成細胞內水份外滲造成失水而失去活性。另一方面由于有機廢水中可溶性無機鹽分中含有眾多重金屬離子，重金屬難以生物降解，而且可以通過生物鏈循環進入植物體、動物體，最終會危害人類的健康，微量的重金屬即可產生毒性效應體生態。如果放任排放，將會對環境產生不可恢復的創傷，危害人類的健康。
[0004]電容型去離子法是一種基于雙電層電容原理的低成本、高效率、綠色環保的新型水處理技術，在外接電壓(1-2V)的前提下，可溶性的離子向荷電相反的電極移動并吸附在電極上，從而達到去除離子的目的；當電極上吸附了足夠多的離子時，將電極短路或反接，則吸附在電極上的鹽離子自行脫落，回收利用，電極得以再生。該方法能耗低、去離子效率高，對環境友好，其發展空間和應用前景廣闊。
[0005]石墨烯作為一種新興的二維蜂窩狀結構的碳材料，是構成石墨的基本單元。其具有良好的導電性、較寬的電化學窗口，高化學穩定性及較大的比表面積，不僅是優異的光催化材料，而且也是優異的電容型去離子材料。石墨烯復合光催化劑可以有效降解有機廢水中的有機物礦化為無機物小分子及無機離子，提高降解效率，石墨烯基電容型去離子吸附材料可以去除其中無機重金屬離子，兩者結合可以用于含有重金屬的復合有機廢水凈化部分或全部回用，防止環境污染。
【發明內容】
[0006]本發明目的是提供一種將光催化技術與電容型去離子技術相結合，發揮光催化和電化學各自的優勢，實現兩種工作工藝的協同作用，有效處理含有重金屬的復合有機廢水的裝置。本裝置利用石墨烯作為光催化和電容型吸附材料，不僅可以除去廢水中的有機物，而且可以去除其中無機離子，保證高質量的出水，使之能夠部分或全部回用到生產工藝中，達到減少污染、節約用水、降低生產成本的目的，解決工業環境污染，促進企業又好又快地持續發展的緊迫問題。
[0007]本發明的目的是通過以下技術手段和措施來達到的:
本發明一種基于石墨烯材料的光電協同處理有機廢水的方法，其特征在于，通過光催化模塊可以將有機污染物降解為易被生物降解的小分子、CO2和無機離子，電吸附去離子模塊可以有效去除有機污染物光催化過程生成的無機離子，及有機廢水本身所含的金屬離子。所述光催化劑是石墨烯負載金屬氧化物半導體納米粒子復合電極材料，其中所述的紫外光波長為365 nm，所述的石墨稀優選三維石墨稀，金屬氧化物半導體為Ti02，ZnO ;金屬氧化物半導體為Ti02，ZnO0在紫外光照射作用下，金屬氧化物半導體納米粒子價帶電子受激而躍迀到導帶，光生電子與空穴發生分離，電子流入石墨烯片層結構中，石墨烯良好的導電性抑制了空穴與電子的復合幾率，大大提高金屬氧化物半導體光催化活性；另一方面，石墨烯表面積較大，表面有豐富的π-π共軛鍵，可以將有機分子(尤其是含有苯環結構的有機物)吸附到表面上，提供較多的光催化反應位。有機廢水經光催化單元在紫外燈照射下有機污染物降解為無機小分子及無機離子。
[0008]所述的電吸附去離子材料為石墨烯基復合材料，可以是石墨烯/納米碳管復合材料、石墨烯/中空碳球、石墨烯/多孔碳、石墨烯/介孔碳，其中石墨烯優選為三維石墨烯。石墨烯具有良好的導電性、較寬的電化學窗口，高化學穩定性、豐富的孔結構及較大的比表面積，是電容型去離子的良好電極材料。經過光催化降解后的有機廢水主要含無機小分子和無機離子，通過電吸附去離子單元時，在外加電場作用下，無機離子被吸附在電極兩邊，無機鹽被分離析出，可以降低廢水中的無機離子，降低重金屬離子的危害。經電吸附去離子出來的水基本達到回用的要求。
[0009]本發明一種基于石墨烯材料的光電協同處理有機廢水的裝置主要包括光催化反應器和電
吸附去離子模塊。所述的光催化反應器由紫外燈管系統(1)、光催化劑(2)、裝有有機廢水的石英夾套容器(3)組成。
[0010]所述的電吸附去離子模塊由電吸附反應池(4)、電吸附負電極(5)、電吸附正電極
(6)、電源(7)、蠕動泵(8)組成。
[0011 ] 本發明一種基于石墨烯材料的光電協同處理有機廢水的裝置，有機廢水的處理方式可以是多個光催化模塊及電吸附模塊的串聯。
[0012]本發明不僅可以通過光催化模塊可以將有機污染物降解為易被生物降解的小分子、CO2和無機離子，電吸附去離子模塊可以有效去除有機污染物光催化過程生成的無機離子，及有機廢水本身所含的金屬離，保證高質量的出水，使之能夠部分或全部回用到生產工藝中。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明中光催化與電容型去離子裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0014]現將本發明的具體實施例敘述于后。
[0015]本發明方法主要是通過光電協同處理裝置來實現有機廢水處理的。
[0016]實施例1
本發明裝置結構如圖1所示，包括光催化反應器和電吸附去離子模塊。光催化反應器由