[发明专利]一种高效嵌套式电化学氧化多层管式反应器

说明书

本发明公开了一种高效电化学氧化嵌套式多层管式反应器，通过在经过预处理的多层管式钛基内壁上电沉积二氧化铅活性层，其做电极阳极；在预处理后多层不同管径的不锈钢管，其做电极阴极；上下组合阴、阳极形成密闭嵌套式的多层管式二氧化铅电极反应器，再利用水泵提供动力，由最外层阳极侧面进水口进水，阴极顶部出水口出水，实现从反应器制备到实际水处理使用无需二次拆装、清洗、且具有加速传质及阳、阴极电化学氧化与膜耦合协同作用的电化学氧化多层管式反应器。本发明的多层管式反应器具有制备方便，比表面积大，阳极氧化、电催化反应活性位点多且适用于工程化运用的优点，克服了电极制备复杂且人力物力耗费高的缺点。

技术领域

本发明属于电化学氧化电极制备及反应器设计领域，具体涉及一种电化学氧化管式反应器和电极的制作方法，以及其在电催化氧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在阳极表面产生羟基自由基，催化氧化有机污染物，而电化学体系的传质速率又限制了电化学氧化的效率，故电极材料开发和电化学氧化反应器设计是提高电化学氧化效率研究的重点。

二氧化铅(PbO₂)具有良好的导电性和较高的电化学稳定性，耐腐蚀性能好。造价相对于贵金属来说比较低，很早就在电解工业中用作不溶性阳极。金属钛经常用作基体来沉积二氧化铅制得Ti/PbO₂电极。二氧化铅因其具备良好的导电性、抗腐蚀性强、析氧电位高等优点，普遍用在水处理、化工生产以及阴极保护等电解过程上世纪三十年代，便有研究人员将二氧化铅作为用于工业生产的替代阳极。二十世纪七十年代之后，人们开始对其进行了大量的研究，并在硫酸、电镀、氯碱等工业领域进行了应用。但由于PbO₂质料本身硬而脆，加工起来十分困难，为了方便电极的制备以及应用，往往用二氧化铅沉积在另外的基体之上。而铁因其具备优秀的抗腐蚀性和与二氧化铅相近的热膨胀系数使其不易与沉积层产生热导基体与镀层分离的现象被用作为二氧化铅的基体。钛基二氧化铅电极因为其具备良好的导电性能、高的析氧电位、不易被腐蚀、优秀的氧化能力而且价格不高等优点。在近几十年中，钛基二氧化铅电极因其具有良好的电催化氧化性能而被广泛应用于电解工业、高浓度有机废水和难生物降解的处理等领域。

在电极反应器设计方面，文献(Y.Zhang,et al.Improved electrochemicaloxidation of tricyclazole from aqueous solution by enhancing mass transfer ina tubular porous 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。但是，管式氧化钌电极需要经过刷涂、烘干、烧结，制备过程复杂，而电沉积具有简易快速且制备电极质量高等特点，更适用于工业化运用。因此，开发能进一步提高难降解有机废水处理效果且制备方便，保证稳定性能的管式钛基二氧化铅电极具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的提供了一种电催化氧化效率高、稳定性好，制备方便的嵌套式电化学氧化多层管式反应器及其电极制备方法。

本发明为一种高效嵌套式电化学氧化多层管式反应器的技术方案为：

该多层管式反应器装置包括