CN104692484A - 一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法 - Google Patents
一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法：在待处理液中加入浓度为0.5-50g/L的添加剂；打开通风***及磁力搅拌***；将电极***到反应池中；将含有添加剂的待处理液加入到所述反应池中；接通所述电极之间的电源，并逐渐升高电压，使所述电源在所述电源的参数下稳定放电；分析水处理效果；水处理结束。本发明采用钛铝双金属电极作为电极，使得钛铝双金属电极在更宽的范围内实现微等离子体弧放电催化；并且由于铝更易放电，放电强度大，火光强烈，且使得催化效率增强，处理的综合效果比纯钛电极更好，且更易液相实现放电。
Description
技术领域
本发明属于环境工程水处理技术领域，涉及液相等离子体放电催化水处理方法。
背景技术
在电场作用下，液相放电过程产生的等离子体中含有大量高能活性粒子，对许多分子有破坏作用。这些高能活性粒子与催化剂相结合，能有效提高放电处理效果，促进有机分子分解，因而成为污染处理技术研究和开发的热点。
微弧放电，以钛为阳极的“等离子体---催化”模式，即结合电极原位生成的二氧化钛，形成一个自然集成的放电催化协同***。此方法将等离子体与催化剂结合起来，更充分发挥放电过程中产生高能粒子、高能环境的作用，呈现出反应的多样性、协同性及催化剂对OH自由基生成反应的良好选择性。
严志宇等公开了一种微等离子体弧放电催化水处理方法，以钛为工作电极，将二氧化钛催化剂负载原位生成于放电电极上，在待测溶液中加入适当添加剂，实现了直流电源、单极脉冲电源、交流电源下液相放电与催化的协同，可用于废水中有机污染物的降解。如，550V直流电源下，以硫酸钠为添加剂，用钛为阳极、不锈钢为阴极对艳红B溶液进行了放电处理，最大脱色率可达93％。上述研究中采用的阳极电极材料为纯钛金属，技术上存在的限制为：钛电极放电条件苛刻，对电解质溶液的组成等要求较高。
发明内容
根据上述提出的现有技术钛电极放电条件苛刻，对电解质溶液的组成等要求较高的技术问题，而提供一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法，具有如下步骤：
1)在待处理液中加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***；
3)将电极Ⅰ和电极Ⅱ***到反应池中；
4)将含有添加剂的待处理液加入到所述反应池中；
5)接通所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ之间的电源，并逐渐升高电压，使所述电源在所述电源的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果；
7)水处理结束，
上述方法根据待处理液的状态不同可分为静态处理方法和动态处理方法，
所述静态处理方法具有如下步骤：
1)在待处理液中加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***；
3)将电极Ⅰ和电极Ⅱ***到反应池中；
4)将含有添加剂的待处理液加入到所述反应池中；
5)接通所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ之间的电源，并逐渐升高电压，使所述电源在所述电源的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果：定时取样化验待处理液的水质变化，按预先的计算处理时间，并结合化验结果，确定处理结束时间；
7)水处理结束：逐渐降低电源电压至10-20V后，再依次关闭电源、磁力搅拌***和通风***，
所述动态处理方法具有如下步骤：
1)在待处理液中加入添加剂：在待处理液体输入管道里加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***；
3)将电极Ⅰ和电极Ⅱ***到反应池中；
4)将含有添加剂的待处理液加入到所述反应池中；
5)接通所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ之间的电源，并逐渐升高电压，使所述电源在所述电源的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果：分析从反应池流出的处理后的水质，根据化验结果，调节液体进出反应池的流量，使处理效果满足要求；
7)水处理结束：停止向所述反应池中输入待处理液，逐渐降低电压至10-20V后，再依次关闭电源、磁力搅拌***及通风***，
所述添加剂的浓度为0.5-50g/L，所述添加剂为硅酸钠、碳酸钠、铝酸钠或硫酸钠中的一种或数种。
所述电极Ⅰ与所述电极Ⅱ均为钛铝双金属电极，通过所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ对反应体系施加电压，使含钛的电极表面能够原位生成负载型催化剂进行放电催化。
所述电源是电压峰值为80V-1kV、交换频率为10-3-105Hz的交流电源或双极脉冲电源，将交流电源或双极脉冲电源施加在所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ上，可使所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ都放电，增加了放电区域、减缓腐蚀，由于所述电极Ⅰ与所述电极Ⅱ均为钛铝双金属电极，在含钛的电极发生微弧放电时，电极表面原位生成负载型二氧化钛催化剂，在电极上实现了液相放电催化反应。
所述钛铝双金属电极包括以下重量份的物质：
钛：1-99份，
铝：1-99份，
还包括不可避免的微量元素。
所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ之间的电极间距为2-50mm。
所述电极Ⅰ位于待处理液中的电极表面积为5mm2-1dm2；所述电极Ⅱ位于待处理液中的电极表面积为5mm2-1dm2。
所述电极Ⅰ为针状电极或板状电极；所述电极Ⅱ为针状电极或板状电极。
本发明还公开了另外一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法，具有如下步骤：
1)在待处理液中加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***；
3)将阳极电极和阴极电极***到反应池中；
4)将含有添加剂的待处理液加入到所述反应池中；
5)接通所述阳极电极和所述阴极电极之间的电源，并逐渐升高电压，使所述电源在所述电源的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果；
7)水处理结束，
上述方法根据待处理液的状态不同可分为静态处理方法和动态处理方法，
所述静态处理方法具有如下步骤：
1)在待处理液中加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***；
3)将电极Ⅰ和电极Ⅱ***到反应池中；
4)将含有添加剂的待处理液加入到所述反应池中；
5)接通所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ之间的电源，并逐渐升高电压，使所述电源在所述电源的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果：定时取样化验待处理液的水质变化，按预先的计算处理时间，并结合化验结果，确定处理结束时间；
7)水处理结束：逐渐降低电源电压至10-20V后，再依次关闭电源、磁力搅拌***和通风***，
所述动态处理方法具有如下步骤：
1)在待处理液中加入添加剂：在待处理液体输入管道里加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***；
3)将电极Ⅰ和电极Ⅱ***到反应池中；
4)将含有添加剂的待处理液加入到所述反应池中；
5)接通所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ之间的电源，并逐渐升高电压，使所述电源在所述电源的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果：分析从反应池流出的处理后的水质，根据化验结果，调节液体进出反应池的流量，使处理效果满足要求；
7)水处理结束：停止向所述反应池中输入待处理液，逐渐降低电压至10-20V后，再依次关闭电源、磁力搅拌***及通风***，
所述添加剂的浓度为0.5-50g/L，所述添加剂为硅酸钠、碳酸钠、铝酸钠或硫酸钠中的一种或数种，
所述阳极电极为钛铝双金属电极，所述阴极电极为不锈钢，通过所述阳极电极和所述阴极电极对反应体系施加电压，使含钛的电极表面能够原位生成负载型催化剂进行放电催化。
所述电源是电压峰值为80V-1kV的直流电源或是电压峰值为80V-1kV、交换频率为10-3-105Hz的单极脉冲电源，将所述直流电源或所述单极脉冲电源施加在所述阳极电极和所述阴极电极上，可使所述阳极电极放电，由于所述阳极电极为钛铝双金属电极，在含钛的电极发生微弧放电时，电极表面原位生成负载型二氧化钛催化剂，在电极上实现了液相放电催化反应。
所述钛铝双金属电极包括以下重量份的物质：
钛：1-99份，
铝：1-99份，
还包括不可避免的微量元素。
所述阳极电极和所述阴极电极之间的电极间距为2-50mm。
所述阳极电极位于待处理液中的电极表面积为5mm2-1dm2；所述阴极电极位于待处理液中的电极表面积为5mm2-1dm2。
所述阳极电极为针状电极或板状电极；所述阴极电极为针状电极或板状电极。
上述各参数应根据处理***结构、待处理液的水质，按照动力学反应速率常数分析、以及放电稳定性和实际处理效果，确定其最佳值。
本发明具有以下优点：
本发明采用钛铝双金属电极作为电极，由于铝较钛易发生微弧放电，放电条件相对不苛刻，电极采用钛铝双金属电极，可利用铝更易放电、所需的添加剂种类多且环保的特点，利用钛成分实现放电条件下的电极催化，使得钛铝双金属电极在更宽的范围内实现微等离子体弧放电催化；
虽然相对于纯钛电极，钛铝双金属电极中钛成分的比例减小，从而引起钛铝双金属电极表面形成的二氧化钛催化剂的减少，但是，由于铝更易放电，放电强度大，火光强烈，且使得催化效率增强，处理的综合效果比纯钛电极更好，且更易液相实现放电。
基于上述理由本发明可在环境工程水处理技术等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的实施例1和实施例2中的装置结构示意图。
图2是本发明的实施例3和实施例4中的装置结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的实施例1和实施例2的装置结构示意图，所述装置包括反应池2，所述反应池2下部设有磁力搅拌***4，所述反应池2内装有待处理液1，所述搅拌***4磁力控制用于搅拌所述待处理液1的搅拌子5，所述装置还包括一对钛铝双金属电极6，两个所述钛铝双金属电极6之间连接有电源3。
实施例1
一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法，具有如下步骤：
1)在待处理液1中加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***4；
3)将两个所述钛铝双金属电极6***到反应池2中；
4)将含有添加剂的待处理液1加入到所述反应池2中；
5)接通两个所述钛铝双金属电极6之间的电源3，并逐渐升高电压，使所述电源3在所述电源3的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果：定时取样化验待处理液1的水质变化，按预先的计算处理时间，并结合化验结果，确定处理结束时间；
7)水处理结束：逐渐降低电源电压至10-20V后，再依次关闭电源3、磁力搅拌***4和通风***，
所述添加剂的浓度为15g/L，所述添加剂为硅酸钠，
所述钛铝双金属电极6包括以下重量份的物质：
钛：70份，
铝：30份，
还包括不可避免的微量元素，
所述电源3是电压峰值为500V、交换频率为50Hz的交流电源。
两个所述钛铝双金属电极6之间的电极间距为15mm。
两个所述钛铝双金属电极6位于待处理液1中的电极表面积均为1200mm2。
所述钛铝双金属电极6为板状电极。
本实施例中以添加有罗丹明B的蒸馏水模拟待处理液1，所述罗丹明B属氧杂蒽酸性染料，是印染工业及纺织业中常用的染料，且含有苯环，用化学和生物等方法处理该类废水的效果均不理想。罗丹明B溶液的初始浓度为6mg/L，所述待处理液1的含量为300mL。
处理待处理液1的过程中，通过示波器记录和测量电流和电压的变化情况；通过日本岛津紫外-可见分光光度计JascoUV550测量待处理液1的最大吸收波长为540nm处的吸光度变化，以反映罗丹明B溶液的脱色效果，脱色率可达88％。
实施例2
一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法，具有如下步骤：
1)在待处理液1中加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***4；
3)将两个所述钛铝双金属电极6***到反应池2中；
4)将含有添加剂的待处理液1加入到所述反应池2中；
5)接通两个所述钛铝双金属电极6之间的电源3，并逐渐升高电压，使所述电源3在所述电源3的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果：定时取样化验待处理液1的水质变化，按预先的计算处理时间，并结合化验结果，确定处理结束时间；
7)水处理结束：逐渐降低电源电压至10-20V后，再依次关闭电源3、磁力搅拌***4和通风***，
所述添加剂的浓度为5g/L，所述添加剂为硫酸钠，
所述钛铝双金属电极6包括以下重量份的物质：
钛：80份，
铝：20份，
还包括不可避免的微量元素。
所述电源3是电压峰值为500V、交换频率为300Hz的双极脉冲电源。
两个所述钛铝双金属电极6之间的电极间距为5mm。
两个所述钛铝双金属电极6位于待处理液1中的电极表面积均为600mm2。
所述钛铝双金属电极6为针状电极。
本实施例中以添加有罗丹明B的蒸馏水模拟待处理液1，所述罗丹明B属氧杂蒽酸性染料，是印染工业及纺织业中常用的染料，且含有苯环，用化学和生物等方法处理该类废水的效果均不理想。罗丹明B溶液的初始浓度为6mg/L，所述待处理液1的含量为100mL。
处理待处理液1的过程中，通过示波器记录和测量电流和电压的变化情况；通过日本岛津紫外-可见分光光度计JascoUV550测量待处理液1的最大吸收波长为540nm处的吸光度变化，以反映罗丹明B溶液的脱色效果，脱色率可达90％。
图2为本发明的实施例3和实施例4的装置结构示意图，所述装置包括反应池2，所述反应池2下部设有磁力搅拌***4，所述反应池2内装有待处理液1，所述搅拌***4磁力控制用于搅拌所述待处理液1的搅拌子5，所述装置还包括阳极电极7和阴极电极8，所述阳极电极7和所述阴极电极8之间连接有电源3,。
实施例3
一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法，具有如下步骤：
1)在待处理液1中加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***4；
3)将阳极电极7和阴极电极8***到反应池2中；
4)将含有添加剂的待处理液1加入到所述反应池2中；
5)接通所述阳极电极7和所述阴极电极8之间的电源3，并逐渐升高电压，使所述电源3在所述电源3的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果：定时取样化验待处理液1的水质变化，按预先的计算处理时间，并结合化验结果，确定处理结束时间；
7)水处理结束：逐渐降低电源电压至10-20V后，再依次关闭电源3、磁力搅拌***4和通风***，
所述添加剂为浓度为20g/L的硅酸钠和浓度为20g/L的碳酸钠的混合液体，体积比为1:1，
所述阳极电极7为钛铝双金属电极，
所述钛铝双金属电极包括以下重量份的物质：
钛：50份，
铝：50份，
还包括不可避免的微量元素。
所述阴极电极8的材质为不锈钢，
所述电源3是电压峰值为500V的直流电源。
所述阳极电极7和所述阴极电极8之间的电极间距为15mm。
所述阳极电极7和所述阴极电极8位于待处理液1中的电极表面积均为100cm2。
所述阳极电极7为板状电极；所述阴极电极8为板状电极。
本实施例中以添加有罗丹明B的蒸馏水模拟待处理液1，所述罗丹明B属氧杂蒽酸性染料，是印染工业及纺织业中常用的染料，且含有苯环，用化学和生物等方法处理该类废水的效果均不理想。罗丹明B溶液的初始浓度为6mg/L，所述待处理液1的含量为1000mL。
处理待处理液1的过程中，通过示波器记录和测量电流和电压的变化情况；通过日本岛津紫外-可见分光光度计JascoUV550测量待处理液1的最大吸收波长为540nm处的吸光度变化，以反映罗丹明B溶液的脱色效果，脱色率可达80％。
实施例4
一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法，具有如下步骤：
1)在待处理液1中加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***4；
3)将阳极电极7和阴极电极8***到反应池2中；
4)将含有添加剂的待处理液1加入到所述反应池2中；
5)接通所述阳极电极7和所述阴极电极8之间的电源3，并逐渐升高电压，使所述电源3在所述电源3的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果：定时取样化验待处理液1的水质变化，按预先的计算处理时间，并结合化验结果，确定处理结束时间；
7)水处理结束：逐渐降低电源电压至10-20V后，再依次关闭电源3、磁力搅拌***4和通风***，
所述添加剂的浓度为5g/L，所述添加剂为硫酸钠，
所述阳极电极7为钛铝双金属电极，
所述钛铝双金属电极包括以下重量份的物质：
钛：80份，
铝：20份，
还包括不可避免的微量元素。
所述阴极电极8的材质为不锈钢，
所述电源3是电压峰值为550V、交换频率为300Hz的单极脉冲电源。
所述阳极电极7与所述阴极电极8之间的电极间距为5mm。
所述阳极电极7与所述阴极电极8位于待处理液中的电极表面积均为600mm2。
所述阳极电极7为针状电极，共十根；所述阴极电极8为板状电极。
本实施例中以添加有罗丹明B的蒸馏水模拟待处理液1，所述罗丹明B属氧杂蒽酸性染料，是印染工业及纺织业中常用的染料，且含有苯环，用化学和生物等方法处理该类废水的效果均不理想。罗丹明B溶液的初始浓度为6mg/L，所述待处理液1的含量为100mL。
处理待处理液1的过程中，通过示波器记录和测量电流和电压的变化情况；通过日本岛津紫外-可见分光光度计JascoUV550测量待处理液1的最大吸收波长为540nm处的吸光度变化，以反映罗丹明B溶液的脱色效果，脱色率可达90％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法，具有如下步骤：
1)在待处理液中加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***；
3)将电极Ⅰ和电极Ⅱ***到反应池中；
4)将含有添加剂的待处理液加入到所述反应池中；
5)接通所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ之间的电源，并逐渐升高电压，使所述电源在所述电源的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果；
7)水处理结束，
其特征在于：所述添加剂的浓度为0.5-50g/L，所述添加剂为硅酸钠、碳酸钠、铝酸钠或硫酸钠中的一种或数种，
所述电极Ⅰ与所述电极Ⅱ均为钛铝双金属电极，
所述电源是电压峰值为80V-1kV、交换频率为10-3-105Hz的交流电源或双极脉冲电源。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钛铝双金属电极包括以下重量份的物质：
钛：1-99份，
铝：1-99份，
还包括不可避免的微量元素。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电极Ⅰ和所述电极Ⅱ之间的电极间距为2-50mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电极Ⅰ位于待处理液中的电极表面积为5mm2-1dm2；所述电极Ⅱ位于待处理液中的电极表面积为5mm2-1dm2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电极Ⅰ为针状电极或板状电极；所述电极Ⅱ为针状电极或板状电极。
6.一种采用钛铝双金属电极进行微等离子体弧放电催化水处理方法，具有如下步骤：
1)在待处理液中加入添加剂；
2)打开通风***及磁力搅拌***；
3)将阳极电极和阴极电极***到反应池中；
4)将含有添加剂的待处理液加入到所述反应池中；
5)接通所述阳极电极和所述阴极电极之间的电源，并逐渐升高电压，使所述电源在所述电源的参数下稳定放电；
6)分析水处理效果；
7)水处理结束，
其特征在于：所述添加剂的浓度为0.5-50g/L，所述添加剂为硅酸钠、碳酸钠、铝酸钠或硫酸钠中的一种或数种，
所述阳极电极为钛铝双金属电极，所述阴极电极为不锈钢，
所述电源是电压峰值为80V-1kV的直流电源或是电压峰值为80V-1kV、交换频率为10-3-105Hz的单极脉冲电源。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述钛铝双金属电极包括以下重量份的物质：
钛：1-99份，
铝：1-99份，
还包括不可避免的微量元素。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述阳极电极和所述阴极电极之间的电极间距为2-50mm。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述阳极电极位于待处理液中的电极表面积为5mm2-1dm2；所述阴极电极位于待处理液中的电极表面积为5mm2-1dm2。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述阳极电极为针状电极或板状电极；所述阴极电极为针状电极或板状电极。
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