一種過濾式電催化消毒反應(yīng)器及消毒方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)是一種過濾式電催化消毒反應(yīng)器，采用新型的過濾式銻鎳摻雜的二氧化錫電極進行消毒，屬于新型電催化消毒反應(yīng)器與消毒方法。本發(fā)明專利技術(shù)通過優(yōu)化溶膠凝膠法及浸漬提拉法制備過濾式電極，制備完成后的電極置于過濾式電催化反應(yīng)器中能夠發(fā)揮電極過濾式作用，反應(yīng)器運行過程中通過電催化產(chǎn)生臭氧強化消毒效果，同時利用過濾式電極邊界層薄的特點能夠強化有機物及消毒效果，同時，本發(fā)明專利技術(shù)在達到較好消毒效果后依然能夠在水體中檢測到足量的氧化性物質(zhì)，保障了水體對持續(xù)消毒效果的需要。保障了水體對持續(xù)消毒效果的需要。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種過濾式電催化消毒反應(yīng)器及消毒方法


[0001]本專利技術(shù)屬于電催化電極制備及反應(yīng)器設(shè)計領(lǐng)域，具體是一種針對消毒的過濾式電催化反應(yīng)器及對應(yīng)的過濾式電極的制備方法，以及該電催化消毒方法在水體消毒中的應(yīng)用。

技術(shù)介紹

[0002]近年來隨著人們生活水平的提高，針對水體消毒的要求與指標(biāo)越發(fā)嚴(yán)格。而傳統(tǒng)加氯消毒方法存在明顯的殺菌不充分、消毒副產(chǎn)物危害大等弊端，因此新型高效安全的消毒方法越發(fā)受到關(guān)注，其中包括電催化消毒法。由于電催化消毒法可原位產(chǎn)生氧化性物質(zhì)，因此無需傳統(tǒng)加氯消毒那般投加消毒劑，避免了水體二次污染，同時也減少了藥劑使用所帶來的資金成本。
[0003]不同電極材料產(chǎn)生的次氯酸、臭氧、羥基自由基等氧化性物質(zhì)類型與濃度存在明顯區(qū)別，眾所周知，相比于氯消毒，臭氧是一種更加綠色安全的消毒劑，而研究發(fā)現(xiàn)銻鎳摻雜的二氧化錫電極電催化臭氧效率高，將該電極應(yīng)用于消毒時，其殺菌效率優(yōu)異且無明顯消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生。
[0004]但相關(guān)研究均使用平行板式銻鎳摻雜的二氧化錫電極電催化系統(tǒng)，其不僅會擴大細(xì)菌與電極的反應(yīng)區(qū)域，嚴(yán)重阻礙電極及羥基自由基等短壽命自由基發(fā)揮消毒作用并降低水中有機物的礦化效率，而殘留的有機物會消耗用于消毒的氧化性物質(zhì)進一步阻礙消毒效果，并且有機物會作為前驅(qū)體促進消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生。因此，開發(fā)能進一步提高消毒及有機物礦化效果且抑制消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生的過濾式銻鎳摻雜的二氧化錫電極具有非常重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0005]本專利技術(shù)目的是提供一種能夠電催化臭氧進行高效消毒，同時利用過濾式特點而強化消毒效果，且能夠電催化產(chǎn)生次氯酸保證持續(xù)消毒需要，本專利技術(shù)具體包括過濾式電催化消毒反應(yīng)器及其電極制備方法。
[0006]本專利技術(shù)為一種過濾式電催化消毒反應(yīng)器及消毒方法，其技術(shù)方案為：
[0007]過濾式消毒反應(yīng)器裝置包括外殼體，以及過濾式銻鎳摻雜的二氧化錫陽極，不銹鋼陰極；陰極與陽極平行相對且位于外殼體左右兩側(cè)，兩者與外殼體接觸位置設(shè)有硅膠環(huán)形密封墊；陰陽極之間上部為出水通道，陽極后部為集水槽與進水通道；所述整體反應(yīng)器外殼上部為出水管，出水管與循環(huán)水箱連通，反應(yīng)器外殼右側(cè)面為進水管，進水管與水泵連通。
[0008]近一步的所述陰陽極尺寸為(24mm
×
24mm
×
1mm)，陰陽極間距為1cm，水泵控制進水流速為0.9
?
5.4L/h。
[0009]優(yōu)選的，過濾式銻鎳摻雜二氧化錫電極制備方法，具體步驟如下所示：
[0010]步驟1
?
1，將20μm孔徑的泡沫鈦基底進行充分清洗，再進行分級(120目、240目、360
目依次打磨)打磨以去除表面雜質(zhì)和氧化物，而后進行基底的堿洗處理，將泡沫鈦完全浸入氫氧化鈉溶液(質(zhì)量濃度為40％)中，在80℃超聲水浴條件下處理30min，堿洗結(jié)合超聲的目的是充分去除泡沫鈦表面及內(nèi)部的油漬，堿洗完成后利用超純水將泡沫鈦用超聲沖洗數(shù)遍，除去其內(nèi)部殘留的氫氧化鈉。最后將泡沫鈦置于足量的13％草酸溶液中，同時在80℃水浴條件下用超聲輔助酸性刻蝕30min，而后在95℃水浴條件下再刻蝕1.5h。基底刻蝕完畢后同樣利用超純水超聲清洗數(shù)遍，目的是去除泡沫鈦內(nèi)部殘留的草酸，最后將預(yù)處理完畢后的泡沫鈦基底保存在無水乙醇中備用。
[0011]步驟1
?
2，采用Pechini法制備電極活性涂層所用的溶膠。具體步驟是在65℃水浴條件下，按照乙二醇、檸檬酸、總金屬(錫、銻和鎳)的摩爾比為140:30:10的配比，先將乙二醇與檸檬酸攪拌混合均勻后，升高水浴溫度至85℃，再依次加入含有錫、銻、鎳的金屬化合物(五水四氯化錫、三氧化二銻、六水氯化鎳)進行溶解并不停攪拌反應(yīng)45min，最后停止攪拌，在60℃下水浴條件下陳化2h。將五水四氯化錫、三氧化二銻、六水氯化鎳按照錫、銻、鎳金屬摩爾比分別為500:8:5的配比制備溶膠，制得溶膠的總金屬(錫、銻和鎳)含量為0.48mol/L。步驟1
?
3，將預(yù)處理后的泡沫鈦浸沒在不同鎳含量的溶膠中，而后利用真空干燥箱在負(fù)壓條件下(
?
0.08MPa)，真空時間1min，將溶液充分滲透至泡沫鈦內(nèi)部。將含浸漬基體的溶膠從真空箱取出后再利用浸漬提拉法緩慢提拉出浸透的電極基體(條件為浸漬10min，提拉3mm/min)，保證溶膠均勻的涂覆到泡沫鈦基底的表面與內(nèi)部。將提拉完成后的基底置于120℃恒溫干燥箱中干燥10min，最后將其取出放入460℃的馬弗爐中燒結(jié)10min，燒結(jié)完成后進行短暫的超聲清洗，以充分去除泡沫鈦內(nèi)部松散且未完全與泡沫鈦結(jié)合的活性層物質(zhì)。按照上述步驟循環(huán)往復(fù)12次，最后一次馬弗爐燒結(jié)以程序升溫進行，燒結(jié)溫度為500℃，燒結(jié)完成后取出電極室溫自然冷卻。
[0012]本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)勢在于：
[0013]1、本專利技術(shù)的過濾式銻鎳摻雜的二氧化錫電極在超聲條件下進行堿洗與酸性等預(yù)處理，能夠充分對泡沫鈦基底內(nèi)部進行預(yù)處理，強化了后續(xù)活性層與基底的結(jié)合效果，同時，預(yù)處理過程中通過多次超聲清洗能夠進一步降低殘留等的酸堿及雜質(zhì)對制備完成后電極性能的影響；本專利技術(shù)利用真空條件進行浸漬，這能夠使溶膠充分滲透至泡沫鈦內(nèi)部，促進后續(xù)電極活性層與泡沫鈦基底的結(jié)合效果，提高電極的穩(wěn)定性；該電催化消毒反應(yīng)器不僅能夠高效進行電催化產(chǎn)生臭氧進行消毒的同時，而且能夠有效利用過濾式陽極優(yōu)勢而改善電催化系統(tǒng)的傳質(zhì)效率，進一步加強電催化消毒性能。
[0014]本專利技術(shù)通過優(yōu)化溶膠凝膠法及浸漬提拉法制備過濾式電極，制備完成后的電極置于過濾式電催化反應(yīng)器中能夠發(fā)揮電極過濾式作用，反應(yīng)器運行過程中通過電催化產(chǎn)生臭氧強化消毒效果，同時利用過濾式電極邊界層薄的特點能夠強化有機物及消毒效果，同時，本專利技術(shù)在達到較好消毒效果后依然能夠在水體中檢測到足量的氧化性物質(zhì)，保障了水體對持續(xù)消毒效果的需要。
附圖說明
[0015]圖1是本專利技術(shù)過濾式電催化反應(yīng)器裝置圖及非過濾式電催化反應(yīng)器裝置圖。過濾式電催化消毒反應(yīng)器示意圖(左)，非過濾式電催化反應(yīng)器裝置圖(右)。
[0016]圖2是本專利技術(shù)實施例1中預(yù)處理及制備完成后電極實物圖。預(yù)處理前泡沫鈦(A)；預(yù)
處理后泡沫鈦(B)；制備完成后的電極(C)。
[0017]圖3是本專利技術(shù)實施例1中制備所得過濾式銻鎳摻雜二氧化錫電極SEM圖。
[0018]圖4是本專利技術(shù)對比例1中過濾式與非過濾條件下電催化消毒反應(yīng)器產(chǎn)生臭氧效果及消毒效果對比圖。
[0019]圖5是本專利技術(shù)實驗例1中過濾式電催化消毒反應(yīng)器以模擬游泳池水為目標(biāo)水體進行消毒的效果圖及電催化產(chǎn)生氧化性物質(zhì)效果圖。
具體實施方式
[0020]下面結(jié)合附圖與實施例對本專利技術(shù)作詳細(xì)闡述。
[0021]實施例1
[0022]將二側(cè)表面用120目、240目、360目砂紙依次打磨后的孔徑為20μm(即過濾精度，為基底上帶有通孔的孔徑，雜質(zhì)的溶液通過基底時，允許通過的最大顆粒的尺寸)泡沫鈦基底(長...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種過濾式電催化消毒反應(yīng)器，包括由外殼體(1)圍繞成的中空密閉反應(yīng)器腔體，于腔體內(nèi)設(shè)有平板狀陽極(4)和平板狀陰極(3)，陰極(3)與陽極(4)平行設(shè)置于外殼體(1)內(nèi)的左右兩側(cè)，陽極(4)的外沿與腔體內(nèi)壁面密閉連接，通過陽極(4)將腔體內(nèi)分隔成二個相互獨立互不連通的腔室，于遠(yuǎn)離陰極(3)的陽極(4)一側(cè)腔室作為集水槽(6)，所述外殼體(1)上分別開設(shè)有與集水槽(6)相連通的進水管(7)及于陰極(3)所在的腔室相連通的出水管(2)；所述陽極(4)為外表面及孔道表面帶有銻鎳摻雜二氧化錫涂層的泡沫鈦，形成過濾式銻鎳摻雜的二氧化錫陽極(4)，水可由平板狀陽極(4)的一側(cè)表面穿過陽極至其另一側(cè)表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式電催化消毒反應(yīng)器，其特征在于：陰極(3)為不銹鋼陰極(3)；于平板狀陽極(4)和平板狀陰極(3)外沿(即平板的四周邊緣)與外殼體(1)內(nèi)壁面接觸位置分別設(shè)有硅膠環(huán)形密封墊(5)，使它們與外殼體內(nèi)壁面密閉連接；于陰極和陽極之間的腔室外殼體(1)上部密封連接有出水管(2)，出水管(2)通過管路與循環(huán)水箱連通；進水管(7)設(shè)置于反應(yīng)器外殼體(1)右側(cè)壁面上，進水管(7)通過管路與水泵出水口連通，水泵進水口與待處理水體相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過濾式電催化消毒反應(yīng)器，其特征在于：陽極(4)和陰極(3)通過導(dǎo)線分別與腔體外部的直流電源的正負(fù)極電連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過濾式電催化消毒反應(yīng)器，其特征在于：所述的過濾式銻鎳摻雜二氧化錫的電極制備過程包括以下步驟：步驟1
?
1，將20
?
50μm孔徑的泡沫鈦基底進行充分清洗，再進行分級(120
?
目180目、大于180目
?
240目、大于240目
?
360目砂紙依次打磨)打磨；而后進行基底的堿洗處理，將泡沫鈦完全浸入氫氧化鈉溶液(質(zhì)量濃度為35
?
45％)中，在70
?
80℃超聲水浴條件下處理25
?
35min；最后將泡沫鈦置于質(zhì)量濃度的10
?
15％草酸溶液中，同時在70
?
80℃水浴條件下用超聲輔助酸性刻蝕20
?
30min，而后在90
?
95℃水浴條件下再刻蝕1.5
?
2小時；基底刻蝕完畢后同樣利用水超聲清洗，最后將預(yù)處理完畢后的泡沫鈦基底保存在無水乙醇中備用；步驟1
?
2，將五水四氯化錫、三氧化二銻、六水氯化鎳按照錫、銻、鎳金屬摩爾比分別為500:(6
?
10):(1
?
8)的配比制備溶膠；步驟1
?
3，浸漬提拉法進行溶膠的涂覆，條件為浸漬10
?
20min，提拉2
?
3mm/min，而后進行烘干燒結(jié)，將提拉完成后的基底置于120
?
160℃恒溫干燥箱中干燥10
?
15min，最后將其取出放入460
?
500℃的馬弗爐中燒結(jié)10
?
15min，燒結(jié)完成后進行超聲清洗，以充分去除泡沫鈦內(nèi)部松散且未完...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：請求不公布姓名，
申請(專利權(quán))人：沈陽工大藍金環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：