[发明专利]一种光电协同过氧化氢处理氯酚类污染物的装置及其应用

说明书

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种光电协同过氧化氢处理氯酚类污染物的装置及其应用。本发明装置包括半导体光阳极，用于在光照作用下产生光生空穴氧化降解氯酚类污染物；催化阴极，与半导体光阳极电连接，用于接受半导体光阳极产生的光电子，将电解液中的溶解氧还原为过氧化氢，所述催化阴极负载有过氧化物酶，所述过氧化物酶能够催化过氧化氢降解氯酚类污染物；电解池，用于装载半导体光阳极、催化阴极和电解液。本发明将半导体光阳极与过氧化物酶修饰的催化阴极耦合，构成酶联光电催化水处理系统，可实现污染物的深度、快速去除。

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种光电协同过氧化氢处理氯酚类污染物的装置及其应用。

背景技术

氯酚类化合物是一类在工农业生产中使用极其广泛的有机物，具有生物毒性、生物累积性和难降解等特性，是一类典型的环境持久性污染物。氯酚在低浓度下即可对水生态环境与人类健康造成很大危害,已被列入我国环保局优先控制污染物黑名单，对其排放制定了严格的标准。现阶段，氯酚的降解方法可分为微生物法、物理法和化学法。其中微生物法脱氯降解速度较慢，而物理法易形成二次污染且处理成本较高。近年来，化学法中高级氧化法逐渐得到重视，这种方法通过产生大量的具有强氧化性的活性自由基参与降解过程，可以实现污染物的深度矿化去除，是一种极具发展前景和实际应用价值的技术。

CN107697984A公开了Sn/Sb-Mn-GAC粒子及其在三维电化学反应处理4-氯酚废水中的应用，具体公开了一种处理含有4-氯酚废水的电化学方法，以负载型Sn/Sb-Mn-GAC粒子为粒子电极，以形稳阳极DSA电极为阳极，以钛板为阴极，构建复极式三维电化学反应器，在电化学氧化作用下进行三维电化学反应，将4-氯酚最终降解为二氧化碳和水。该技术方案运用Sn/Sb-Mn-GAC粒子处理4-氯酚废水，依赖于催化材料的制备和安培级的大电流，能耗较大，还存在改进空间。

CN113087124A公开了一种阴、阳极同步降解水相中氯酚的生物电化学装置，包括阳极室和阴极室组成的装置主体，其中所述阳极室和所述阴极室通过质子交换膜分隔，所述阳极室内设置有辅助电极，所述阴极室内设置有工作电极和参比电极；所述阴极室的一侧设置阴极排水口，所述阴极室的上部设置阴极加/取样口，所述阳极室上部设置阳极加/取样口，所述辅助电极和工作电极分别穿有钛丝，通过所述钛丝与外部多通道恒电位仪连接形成电流回路。该技术方案经过钛丝连接形成电路，于阴、阳极室中分别接种太湖底泥，利用恒电位仪控制阴极电位恒定，可实现阴、阳极室内水相中氯酚的降解，但是降解速率非常低，需要数天以上的长时间运行才能实现2,4,6-三氯苯酚的有效降解，还存在改进空间。

综述所述，现有技术人群仍缺乏一种实现氯酚类污染物的深度、快速去除的处理方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光电协同过氧化氢处理氯酚类污染物的装置及其应用，其目的在于将半导体光阳极与过氧化物酶修饰的催化阴极耦合，构成酶联光电催化水处理系统。光阳极在可见光照射下产生的光电子在外电压作用下转移到催化阴极，将电解液中的溶解氧还原为过氧化氢，在过氧化物酶的催化下氧化降解氯酚类污染物；同时光阳极表面产生的强氧化性的光生空穴对氯酚亦有氧化降解作用。本方法利用光电催化与酶催化协同优势，可实现氯酚类污染物的深度、快速去除。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种光电协同过氧化氢处理氯酚类污染物的装置，包括半导体光阳极，用于在光照作用下产生光生空穴氧化降解氯酚类污染物；

催化阴极，与半导体光阳极电连接，用于接受半导体光阳极产生的光电子，将电解液中的溶解氧还原为过氧化氢，所述催化阴极负载有过氧化物酶，所述过氧化物酶能够催化过氧化氢降解氯酚类污染物；

电解池，用于装载半导体光阳极、催化阴极和电解液；

电源，用于驱动半导体光阳极产生的光电子流向催化阴极；

光源，用于提供光照。