[发明专利]光催化燃料电池与过硫酸盐活化耦合处理染料废水的方法

说明书

一种光催化燃料电池与过硫酸盐活化耦合处理染料废水的方法，其主要是将制备的传统的TiO₂纳米管阵列作为光阳极，以市售铂阴极作为阴极，同时插入含有染料废水的反应池内，每立升含20mg甲基橙的染料废水加入0.027g～0.27g浓度为0.1～1.0mM的过硫酸盐，在室温下进行持续搅拌，反应时间为4小时，同时光阳极和阴极通过外部电路连通，开启光源照射反应池。本发明不需要添加电解质，也不需要外加能量，利用光催化燃料电池系统中的紫外线及由阳极转移到阴极的电子，共同激活过硫酸盐，可解决原有的光催化燃料电池系统中自由基反应面积小，只限于电极上，而且反应速率慢的问题。

技术领域

本发明属于环保技术领域，特别涉及一种染料废水的处理方法。

背景技术

随着工业化的加速，大量有机污染物排入水体，给环境带来了严重污染，并危害人体健康。值得注意的是，大部分有机化合物中含有丰富的化学能，在降解过程中常以热的形式释放出来，难以回收。因此，开发一种以有机废水为资源，把有机物的化学能转化为电能，既达到净化水中的有机污染物又综合利用化学能的新技术是十分必要的，这对实现有机物化学能的综合利用具有重要的意义。光催化燃料电池作为有机污染物降解和同步产电的新技术受到越来越多的关注。

自1972年Fuijishima发现了二氧化钛光催化分解水制氢后，开辟了光催化降解有机物研究的新纪元。近年来，有关光催化废水燃料电池的研究主要从光阳极和阴极材料两方面展开。如Bin Wang等人在Chemical Engineering Journal 253(2014)174–182上发表的Solar photocatalytic fuel cell using CdS-TiO₂ photoanode and air-breathingcathode for wastewater treatment and simultaneous electricity production，以CdS-TiO₂为光阳极，Pt/C为阴极，利用CdS的量子点作为敏化剂来修饰TiO₂纳米棒以增强太阳能的捕获，使得光生载流子的复合率有效降低，并且阴极为自呼吸阴极，可节约了成本，但这种方式会导致体系中氧气浓度降低，降低光催化燃料电池的性能。更重要的是，现有的光催化燃料电池中降解有机污染物的自由基反应主要发生在光阳极或者阴极的表面，电极的面积会限制降解反应的进行。如一种新型的光催化燃料电池(CN204966591、CN104617323)，其都是利用阳极和阴极表面产生的强氧化活性物质如羟基自由基及超氧自由基等降解有机污染物，并通过阳极产生的电子通过外电路传导至阴极产生电流。