[实用新型]一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极

说明书

本实用新型公开一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极及其方法。该电极系统通过耦合纳米氧化锌铝高效氧还原与吸附性能、多孔碳高效吸附与自由基活化效能和三维电极结构优势，实现光电芬顿电极吸附‑限域降解‑自清洁‑再吸附的过程，充分利用了短寿命的氧化性自由基，加速了芬顿体系的反应速率。特点如下：三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极通过强吸附集合污染物于表面，利用氧化性自由基与阳极氧化对电极自清洁；根本上解决了芬顿系统的碱性降解障碍与铁泥沉积问题；纳米氧化锌铝多孔碳与碳布耦合作用增强了光电芬顿系统自产过氧化氢的能力；紫外光作用减少了铁催化剂在芬顿系统中的消耗量。

技术领域

本实用新型涉及一种有机废水的自清洁电极，具体涉及一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极。

背景技术

多孔碳作为环境友好材料生物碳的改良版本，已经被应用在水处理领域的方方面面，其优越的吸附性能使得水处理中分离水源污染物更加便捷、廉价。但是，多孔碳作为一种非极性物质，在废水中对于亲水性有机污染物的吸附能力却有待提高。这说明在废水处理中，多孔碳更倾向于吸附水溶性较弱、极性较弱的污染物，而对水溶性较好的污染物不敏感。而纳米氧化锌铝是一种极性较强的氧化物，能够对水溶性较好的有机污染物进行有效吸附，且具有独特的催化性能，能够在光照下对有机物进行光催化降解，并且提高电极的氧还原性能，使得电芬顿系统原位生成过氧化氢的能力大幅度提升。调整氧化锌与氧化铝的比例可以大幅增加导电性能，配合多孔碳的氧化还原特性与导电性，纳米氧化锌铝多孔碳完全可以胜任电极的角色。两者的耦合不仅可以互相增强其作为吸附剂的吸附谱，而且作为电极填料还可以利用光电芬顿系统进行污染物吸附后的自清洁（电极再生），一举两得。

光电芬顿系统是利用氧化性自由基对废水中的有机污染物有效降解的氧化技术。在系统阴极对氧气进行还原，原位产生过氧化氢，利用光能与铁系催化剂对过氧化氢进行活化，可以大幅度提升系统对有机污染物的氧化能力。但是产生的氧化性自由基的寿命极短，目前技术对并不能有效地利用其氧化能力来实现污染物降解。三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极利用其吸附能力将有机污染物集中于电极表面，利用阳极氧化作用与阴极原位产生的自由基对其进行有效降解，使得降解效率大幅度提升。另外，纳米氧化锌铝在光能的作用下可以对污染物进行光催化，双重增强系统的降解效能。增强的阳极氧化作用与电极吸附作用有效解决了光电芬顿体系在碱性条件下极低的降解效率问题。

目前大部分的电极电芬顿高浓度有机废水处理设施是利用极其复杂的改性电极，利用氧化性自由基对污染物氧化降解而设计的装置。例如：中国专利（专利号为：CN109518234 B）一种活性氢的电芬顿阴极及其制备方法，也是利用金属与金属氧化物电极来去除污染物，但事实并不能如所述电芬顿系统并不能如所述情况一直在中性条件下运行，相反，在电芬顿运行短时间内溶液会由中性变为酸性，金属Ni会迅速溶于废水中，而使电极涂层失效。中国专利（专利号为：CN 105905985 B），是是一种应用于非均相电芬顿体系的氧化石墨烯GO/PEDOT：PSS改性的石墨毡电极的制备及应用，虽然同样可以通过自由基氧化等作用去除有机污染物，但电极修饰过程过于复杂，同样不具备限域高效降解与自清洁效果，较难推广。

开发一种结构简单、便于推广、成本低廉的电芬顿系统处理有机废水的电极，是迫切需要解决的问题。本实用新型是基于三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极强吸附、增强版阳极氧化与自由基氧化原理，特点如下：三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极通过强吸附集合污染物于表面，利用氧化性自由基与阳极氧化对电极自清洁；根本上解决了芬顿系统的碱性降解障碍与铁泥沉积问题；纳米氧化锌铝多孔碳与碳布耦合作用增强了光电芬顿系统自产过氧化氢的能力；紫外光作用减少了铁催化剂在芬顿系统中的用量。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种有机废水的自清洁电极电极，其次要目的在于提供一种用于光电芬顿系统处理有机废水的三维纳米氧化锌铝多孔碳耦合自清洁电极及其使用方法与应用。