[发明专利]一种双管式膜电极电催化反应器

说明书

本发明公开了一种双管式膜电极电催化反应器，属于新型电催化氧化反应器及制作领域。本发明通过在经过预处理的管式膜钛基上刷涂、烧结成具有致密性好、耐强酸性的掺钽氧化铱，其做电极阳极；在预处理后管式石墨基膜沉积炭黑‑聚四氟乙烯膜，其做电极阴极；组装阴、阳极成密闭套管式的双膜电极反应器，再利用水泵提供动力，由阳极中心进水，阴极出水，实现无需外加曝气且具有阳、阴极电催化与膜耦合协同作用的双管式膜电极电催化反应器。本发明的双管式膜电极具有比表面积大，电催化反应活性位点多、阳极氧化和阴极电芬顿氧化、膜分离耦合多重协同作用的优点，克服了阴极电芬顿氧化需要外加氧气源且利用率低的缺点。

技术领域

本发明属于电催化电极制备及反应器设计领域，具体涉及一种双管式膜电催化反应器和电极的制作方法，以及其在电催化法处理难降解有机污染物处理中的应用。

背景技术

难降解有机废水带来严重的环境污染，传统的水处理工艺不能将其从水环境中彻底去除。电化学氧化法以其高效性、环境友好的特点，引起了广泛关注。电化学氧化法主要以电子为试剂，避免了化学氧化法需要另外添加药剂而引起的二次污染问题，反应条件温和，操作可控性强，是一种节能的环保技术。电化学反应发生在阳极阴极表面，阳极利用自身强氧化作用催化氧化有机污染物；阴极利用原位还原Fe³⁺和O₂，发生电芬顿氧化有机污染物，电极材料开发和电催化反应器设计是提高电化学氧化效率研究的重点。

近年来钛基掺钽氧化铱电极由于其在强酸性条件下仍保持优异的稳定性，而被广泛用于受条件限制(pH3)的电化学氧化法中电芬顿氧化难降解有机污染物的最理想阳极材料之一。文献1(Y.Zhang,et al.Improved electrochemical oxidation oftricyclazole from aqueous solution by enhancing mass transfer in a tubularporous electrode electrocatalytic reactor[J].Electrochimica Acta,2016)中采用在管式钛基膜表面刷涂、烧结氧化钌法制备了孔径分布均匀(1um)的微孔管式膜电极，与传统氧化钌板式电极相比极大的提高了污染物与膜电极表面的传质，电催化效率显著提高，但该电极的适于中性环境，在酸性条件下，电极寿命受到很大影响，不适用于电芬顿反应体系。因此，开发能进一步提高难降解有机废水处理效果且保证稳定性能的管式钛基膜掺钽氧化铱电极具有十分重要的意义。

此外，目前大部分电芬顿反应装置都需要空气或纯氧曝气来提高阴极还原产生H₂O₂的效率，氧气利用效率低，而阳极的析氧副反应产生的副产物氧气没有得到很好的利用如文献(F.Yu,M.Zhou,X.Yu,Cost-effective electro-Fenton using modified graphitefelt that dramatically enhanced on H₂O₂ electro-generation without externalaeration[J].Electrochimica Acta 163.2015)。采用传统板式电极，其表面污染物传质效果差，电催化效率低，阴极电芬顿需要外加氧气源，氧气利用率低。

发明内容

本发明目的提供了一种电催化效率高、稳定性好，无需额外曝气的双管式膜电催化反应器及其电极制备方法。

本发明为一种双管式膜电极电催化反应器的技术方案为：

该双管式膜电极电催化反应器装置包括壳体、管式钛基膜掺钽氧化铱电极作阳极，管式石墨基膜炭黑-聚四氟乙烯电极作阴极，水泵，连接管；管式钛基膜掺钽氧化铱电极与管式石墨基膜炭黑聚四氟乙烯电极均设置在壳体内且与壳体同轴，管式钛基膜掺钽氧化铱电极设置在管式石墨基膜炭黑聚四氟乙烯电极内；所述的壳体顶部轴心位置设有进水口，该进水口通过连接管连接水泵，在壳体侧壁分别开有出水口、取样口，壳体底部设有硅胶垫密封