[发明专利]一种电化学水处理设备及水处理方法

说明书

本发明公开了一种微流场强化的穿过式电化学水处理设备及使用该水处理设备的水处理方法。该水处理设备包括电化学水处理单元、进水口和出水口，其中水处理单元包括至少一组电极，电极具有有序孔结构；至少一个绝缘隔离层设置于至少一组电极中的两个电极之间；至少一组电极的至少一个电极的孔结构的孔壁上负载有呈纳米微结构的催化剂。该水处理方法包括将含污染物的原水经由进水口进入上述水处理设备，并穿过式通过，然后经出水口流出。该水处理设备及方法可增强传质效果、提高电流效率、降低能耗，比传统的浸没式电化学水处理方法效率更高、功能更强大。

技术领域

本发明涉及但不限于一种水处理设备及处理方法，尤其涉及但不限于一种基于微流场强化的穿过式的电化学水处理设备，及使用该设备的水处理方法。

背景技术

电化学水处理技术包括电化学氧化、电化学还原和电吸附等，其多功能性使该技术在水处理领域具有广泛的应用。

水中的污染物主要在电极表面发生富集、转化和降解，增加电极面积可有效提高电化学反应速率，减少反应器体积，从而提高电化学技术的适用范围。因此，国内外相关技术领域开始越来越多的关注多孔电极材料，如以活性炭、活性焦、碳气凝胶、石墨烯和石墨纤维等为主的碳基多孔电极和以泡沫镍、泡沫钛和泡沫铜等为主的泡沫金属多孔电极。由于多孔电极有较大的比表面积，与水的接触面积大，电极的利用率高，相对于平板电极，多孔电极对污染物的处理效率有很大提升。

通常情况下，水中污染物(如重金属、有机污染物等)浓度相对较低，可归为稀溶液。稀溶液中物质化学反应速率受传质的影响较大。传统的电化学反应器多是将电极浸没在水中，阴阳极平行布置，通过机械搅拌的方式提高传质效果。而机械搅拌的方式难以将物质输送至多孔电极的内部，导致其传质效果较差，这个难以克服的缺点导致了较低的电流效率和高能耗。对于多孔电极而言，传统的电化学反应器难以将多孔电极的优势发挥到最大。

因此，开发一种强化质量传递的电化学水处理方法，充分利用多孔电极优点，是实现水处理高效率和低能耗目标的可行的技术路径。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电化学水处理设备及使用该设备的水处理方法，提高电极的利用率，实现水处理高效率和低能耗。

第一方面，本申请提供了一种微流场强化的穿过式电化学水处理设备，包括电化学水处理单元、进水口和出水口，其中电化学水处理单元包括：至少一组电极，电极具有有序孔结构；至少一个绝缘隔离层，设置于至少一组电极中的两个电极之间；其中，至少一组电极的至少一个电极的孔结构的孔壁上负载有呈纳米微结构的催化剂。

在本申请中，所述“纳米微结构”是指在电极的孔结构的孔壁上形成的大量纳米尺寸的突起或凹陷而使得孔壁的表面呈凹凸不平的特殊形貌。

呈纳米微结构的催化剂制成的催化电极孔隙率高、网络结构丰富、透水性强、有效活性面积更大。进而装配成的穿过式电化学水处理设备，可实现水流穿过式运行，增强传质效果、提高电流效率、降低能耗，比传统的浸没式电化学水处理方法效率更高、功能更强大。

根据具体需要降解或转化的污染物的种类，选择在至少一组电极的两个电极的孔结构的孔壁上都负载呈纳米微结构的催化剂，或者在其中的一个电极(阴极或阳极)的孔结构的孔壁上负载呈纳米微结构的催化剂。如果两个电极都需要降解或转化污染物，则两个电极都需要提高界面传质效果，那么在两个电极上都负载呈纳米微结构的催化剂；如果其中一个电极不降解或转化污染物，则不需要提高界面传质效果，可以不负载呈纳米微结构的催化剂。例如，在电还原中，污染物主要在阴极还原，只需提高阴极的界面传质效果，因此可以只在阴极上负载呈纳米微结构的催化剂。