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基本信息

項目名稱：
竹炭負(fù)載納米鐵系催化劑光電降解有機(jī)廢水裝置的研究
小類：
能源化工
簡介：
本作品是將光催化技術(shù)和電去離子技術(shù)有機(jī)結(jié)合設(shè)計而成的綜合處理有機(jī)廢水模擬裝置。該裝置具綠色生產(chǎn)過程，能耗低、設(shè)備維護(hù)簡單、節(jié)省資源、處理效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，且使用的電極材料成本低，催化劑制備工藝簡單。能在印刷廠、造紙廠、印染廠等的有機(jī)廢水處理中得到廣泛應(yīng)用，有利于減少環(huán)境廢水的排放，對節(jié)能減排起到積極作用，具有較好的社會效益和環(huán)境效益。
詳細(xì)介紹：
本作品是將光催化技術(shù)和電去離子技術(shù)有機(jī)結(jié)合設(shè)計而成的綜合處理有機(jī)廢水模擬裝置。該裝置具綠色生產(chǎn)過程，能耗低、設(shè)備維護(hù)簡單、節(jié)省資源、處理效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，且使用的電極材料成本低，催化劑制備工藝簡單。以水體中常見的有機(jī)污染物為處理對象，將多相催化氧化技術(shù)引入到電化學(xué)體系中，即在竹炭顆粒上負(fù)載催化劑，構(gòu)成電-多相催化體系，實現(xiàn)電化學(xué)與低溫光催化濕式氧化的有機(jī)結(jié)合。能在印刷廠、造紙廠、印染廠等的有機(jī)廢水處理中得到廣泛應(yīng)用，有利于減少環(huán)境廢水的排放，對節(jié)能減排起到積極作用，具有較好的社會效益和環(huán)境效益。 本作品創(chuàng)新之處：（1）選用非貴的鐵系催化劑負(fù)載到竹炭顆粒上，制成三維電極體系的第三極；（2）將催化劑和自主設(shè)計的光電反應(yīng)器有機(jī)結(jié)合，組成一個新型綜合處理有機(jī)廢水的光電降解裝置。

作品圖片

  • 竹炭負(fù)載納米鐵系催化劑光電降解有機(jī)廢水裝置的研究
  • 竹炭負(fù)載納米鐵系催化劑光電降解有機(jī)廢水裝置的研究
  • 竹炭負(fù)載納米鐵系催化劑光電降解有機(jī)廢水裝置的研究

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目前國內(nèi)外對用三維電極處理難降解有機(jī)廢水和催化劑的性能進(jìn)行了一系列的研究，但關(guān)于催化劑的應(yīng)用研究還比較少。而電化學(xué)法以及多相催化氧化法作為難降解有機(jī)廢水的常用方法，在許多方面還 存在不足，有待于我們進(jìn)一步研究。本項目的研究中采用鐵系列氧化物以及它的復(fù)合氧化物作為催化劑的活性組分，它們具有一定的催化活性且成本低廉，并且選用了竹炭作載體，它具有大的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，且具有一定的導(dǎo)電性。 竹炭負(fù)載納米鐵系催化劑光電裝置是將光非均相催化技術(shù)引入電化學(xué)催化體系的一個綜合處理有機(jī)廢水的裝置。即在竹炭顆粒上負(fù)載催化劑，構(gòu)成電-多相催化體系，實現(xiàn)電化學(xué)與低溫光催化濕式氧化的有機(jī)結(jié)合，在催化劑的作用下，將電化學(xué)副反應(yīng)產(chǎn)生的二次氧化劑O2、O3 、H2O2 轉(zhuǎn)化為活性更強(qiáng)的?OH等活性中間體，間接降解有機(jī)物，強(qiáng)化電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的二次氧化劑的氧化效率，提高電化學(xué)反應(yīng)器降解高濃度、生物難降解有機(jī)物的效率以及反應(yīng)器的電流效率。 我們針對電化學(xué)催化以及光催化技術(shù)的影響因素，選擇并優(yōu)化了設(shè)計條件，研究出了新的催化劑制備方法，提高了有機(jī)物的降解率。在研制出優(yōu)良性能的催化劑的基礎(chǔ)上，反復(fù)比較分析了影響光電降解模擬裝置降解模擬有機(jī)廢水效果最主要的因素，即催化劑煅燒溫度、電極片距離、電極片對數(shù)、底物種類、外加電壓、催化劑投加量等因素，找到了光電降解模型制作的途徑并優(yōu)化了相關(guān)條件，成功設(shè)計出光電降解模擬裝置。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本研究以水體中常見的有機(jī)污染物為處理對象，將多相催化氧化技術(shù)引入到電化學(xué)體系中，實現(xiàn)電化學(xué)與低溫光催化濕式氧化的有機(jī)結(jié)合，在催化劑的作用下，將電化學(xué)副反應(yīng)產(chǎn)生的二次氧化劑O2、O3 、 H2O2 轉(zhuǎn)化為活性更強(qiáng)的?OH等活性中間體，間接降解有機(jī)物，強(qiáng)化電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的二次氧化劑的氧化效率，提高電化學(xué)反應(yīng)器降解高濃度、生物難降解有機(jī)物的效率以及反應(yīng)器的電流效率。 三維電極是在傳統(tǒng)二維電解槽電極間裝填粒狀或碎屑狀工作電極材料,使工作電極材料表面帶電,從而發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 。近年來,三維電極法已被廣泛應(yīng)用于處理含金屬離子廢水和含有機(jī)物廢水。 然而，在竹炭上負(fù)載非貴金屬氧化物催化劑用于廢水處理的研究還很少，該項目是在低溫下進(jìn)行電-紫外光協(xié)同催化降解有機(jī)廢水，且取得了較理想的效果。 項目創(chuàng)新之處：（1）選用非貴的鐵系催化劑負(fù)載到竹炭顆粒上，制成三維電極體系的第三極；（2）將催化劑和自主設(shè)計的光電反應(yīng)器有機(jī)結(jié)合，組成一個新型綜合處理有機(jī)廢水的光電降解裝置。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

1、劉軍、孟秋節(jié)、朱錦濤等人參與的制備活性炭耐沖刷電極及其制備方法與應(yīng)用的發(fā)明專利已進(jìn)入實質(zhì)審查階段； 2、劉軍、孟秋節(jié)、朱錦濤等人研究的“竹炭負(fù)載鐵系催化劑的三維電極處理難降解有機(jī)污水的研究”項目獲國家級大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃和資助； 3、劉軍、孟秋節(jié)、朱錦濤等人參與撰寫的論文《活性炭電極電去離子模擬裝置對苦咸水的處理研究》收錄于《湖南省精密儀器測試學(xué)會2010年學(xué)術(shù)年會論文集》。

作品所處階段

實驗室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

模型、現(xiàn)場演示

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

研究小組針對電化學(xué)催化和光催化的影響因素，選擇并優(yōu)化了設(shè)計條件，研究出了新的催化劑制備方法，提高了有機(jī)物的降解率。反復(fù)比較分析了影響光電降解模擬裝置降解模擬有機(jī)廢水效果最主要的因素，找到了光電降解模型制作的途徑并優(yōu)化了相關(guān)條件，成功設(shè)計出光電降解模擬裝置。 研究小組解決了高活性、易分離、無二次污染的非均相催化劑等關(guān)鍵問題，研究設(shè)計的模擬裝置具綠色生產(chǎn)過程，能耗低、設(shè)備維護(hù)簡單、節(jié)省資源的優(yōu)點(diǎn)，將吸附光助非均相催化和電解等過程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，組合成一個綜合處理廢水的裝置。它將吸附材料與催化劑相結(jié)合，同時又作為電極材料，吸附材料有不同的吸附性能，可以吸附各類不同的污染物，從而能有效地將苯酚、印染廢水和各重金屬離子從水相轉(zhuǎn)移到固相并凈化廢水。能有效降解印染廠、印刷廠和造紙廠等工業(yè)廢水以及城市生活廢水中的大部分有機(jī)污染物，且造價及運(yùn)行成本低廉，分解產(chǎn)物為二氧化碳和水，把對環(huán)境的危害減到最低，符合節(jié)能環(huán)保的理念，是大中小型化工廠處理廢水的最佳選擇，具有很好的市場前景和經(jīng)濟(jì)效益。

同類課題研究水平概述

目前國內(nèi)外對用光電降解有機(jī)廢水和催化劑的性能進(jìn)行了一系列的研究，陳江等研究用三維電極反應(yīng)器去除甲苯廢氣，對高濃度甲苯廢氣的去除率達(dá)到40%以上。曹志斌等采用超聲協(xié)同三維電極技術(shù)處理甲基橙模擬廢水，甲基橙的去除率接近100%，COD的去除率達(dá)到80%以上。國內(nèi)東北大學(xué)班福忱等對用三維電極處理苯酚廢水進(jìn)行了深入的研究，通過對比三維電極與二維電極對苯酚的處理效果，證實了三維電極法既可以極大地節(jié)約成本，且處理效果優(yōu)于二維電極；也通過采用合適的三維電極的填料來提高電解槽的效率，在采用一定比例的涂膜活性炭與活性炭作為填料的三維電極處理苯酚廢水時，去除率可達(dá)到96.8%；還采用了三維電極-Fenton試劑法處理苯酚廢水，最大降解率達(dá)到94.5%。陳武等對用三維電極處理石油工業(yè)廢水、氨基酸的廢水和含鋅廢水進(jìn)行了深入的研究。他們研究了各操作參數(shù)對處理效果的影響，得到各參數(shù)的最佳水平組合，在最佳組合下，三維電極有很強(qiáng)的降解石油工業(yè)廢水的COD的能力；并通過對各種中間產(chǎn)物和產(chǎn)物的分析，對三維電極去除油田廢水中聚苯烯酰胺的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究，得出雙氧水、羥基自由基和產(chǎn)生的不溶物是聚苯烯酰胺濃度和COD降低的重要原因。并采用三維電極處理多種氨基酸混合的模擬廢水，總降解率最高可達(dá)59.01%，COD去除率最高可達(dá)90%以上。他們并對含鋅廢水進(jìn)行了處理，去除率可達(dá)到95.7%。程愛華等、黃宇等、景曉輝等、王林紅等、徐麗娜等等采用三維電極對燃料廢水進(jìn)行了處理，最高的去除率可達(dá)90%以上，最低的也超過30%。
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