[发明专利]一种双电位阳极电解装置及方法

说明书

本发明公开一种双电位阳极电解装置及方法，涉及电化学阳极氧化和水处理领域。该电解槽中双电位阳极含有交错排列而互不相通的两套阳极，施加在阳极1的电位低于阳极2的电位。阳极1催化层采用的是析氧过电位较低(＜600mV@10mAcm^‑2)的电极材料。阳极2催化层采用的是析氧过电位较高(＞600mV@10mAcm^‑2)的电极材料。阳极1和阳极2共用一套阴极。废水流过交替排列的阳极1和阳极2，废水中易氧化的有机物官能团先在阳极1上被氧化，而难氧化的有机物、稳定的化学键在阳极2上被氧化、断裂而形成易氧化物的小分子，如此依次通过交错排列的阳极1和阳极2被电化学协同深度氧化，本发明的有益效果在于：通过交错排列的双电位阳极协同氧化，电流效率高且能耗低，在电化学水处理和电化学有机合成领域具有显著的应用价值。

技术领域

本发明涉及电化学水处理和电化学阳极氧化领域，具体涉及一种双电位阳极电解装置及方法。

背景技术

电化学阳极氧化是实现水体中有机污染物降解、去除COD的一种有效手段，也是实现电解合成的一种优良方法。电化学阳极氧化主要通过调节电极电位高低和电子的得失来控制反应的进行，避免了大量化学氧化剂的使用，也减少了副产物。在用于水处理时，水体中不同污染物的理论氧化电位不一样，不同电极材料自身析氧过电位也不一样。通常认为，要实现污染物的深度氧化，需采用析氧过电位高的电极材料，避免副反应-析氧反应的发生，尽可能将电流主要用于有机物的电化学高级氧化/燃烧而提高电流效率。

专利CN108609695B公开了一种氟锡修饰的BDD薄膜电极的制备方法，具备较高的析氧过电位，可作为阳极处理难降解有机废水的电极材料。但是这类电极与阴极电压差大，用于水处理时电耗也高。在降低水体化学需氧量指标COD时，也有一部分有机物或其官能团是相对易氧化的，采用氧化工作电位低(析氧过电位低)的普通电极材料，例如尖晶石、钙钛矿、不锈钢以及商业钛钌电极就可以达到部分氧化降解的目的。如果均采用PbO₂、掺B金刚石、SnO₂-Sb₂O₅等这类工作电位区间高(析氧过电位高)的电极材料来实现彻底电化学氧化/燃烧的效果，势必导致大材小用和过高的能耗。

通过串联多组电解槽单元，一类电解槽中阳极采用低析氧过电位电极材料，另一类采用高析氧过电位电极材料，可以达到一槽一用的目的。但是，这样增加了电解装置的复杂性，且废水、电解液在不同电解槽通过时，时空分离尺度大，一些中间产物可能重新聚合，组合的电解槽无法达到协同氧化的目的。

发明内容

本发明所要解决的问题在于没有一种实现高效电化学协同氧化的双电位阳极电解装置及方法。

本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：

(1)双电位阳极电解装置含有互不相通的两套阳极1和2，阳极1和阳极2多组交错排列，施加在阳极1的工作电位低于阳极2的工作电位。

(2)双电位阳极电解装置中阴极为阳极1和阳极2共用的一套，与阳极1和阳极2并行排列。阴极上施加电位低于阳极1的工作电位，阴极上通过还原电流大小等于阳极1上和阳极2上氧化电流之和。

(3)废水或有机物水溶液通过阳极和阴极之间的间隙和流道，依次通过多组交错排列的阳极1和阳极2而被电化学氧化。

优选的，阳极1催化层采用的是析氧过电位较低(n＜600mV@10mAcm-2)的电极材料，例如氧化钌、氧化铱、尖晶石、钙钛矿、氧化钽、氧化锰、氧化镍以及复合氢氧化镍铁。

优选的，阳极2催化层采用的是析氧过电位较高(n＞600mV@10mAcm-2)的电极材料，例如石墨、掺硼金刚石、氧化铅、钛黑、氧化锡、氧化锑。

优选的，阳极1上施加的工作电位为1.5～2V vs.RHE(可逆氢电极)，相比阴极工作电位高1.8～5V。