本發(fā)明屬于污水處理方法，具體為一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法。

背景技術(shù)：

1、污水中存在大量難降解污染物，其潛在的生態(tài)和健康毒性引起了極大的關(guān)注，現(xiàn)有生物處理技術(shù)難以對其高效去除。電催化是一種有潛力的物化處理方法，其反應(yīng)迅速、適用范圍廣、降解程度高，其用于深度處理的報道越來越多。然而電催化去除污水中污染物存在能耗高、效率低的問題，阻礙其大規(guī)模應(yīng)用。已有研究表明，大部分污染物電催化降解過程中電子轉(zhuǎn)移速率緩慢，其單位時間內(nèi)所消耗的電力有限，導致降解動力學速率受限。并且電催化過程需要克服濃差極化以及維持一些不希望有的副反應(yīng)，因此持續(xù)的通電將不可避免地消耗多余的電量，這一過程需要優(yōu)化。

2、利用具有儲能功能的電極開發(fā)間歇性的新型電催化技術(shù)，進一步利用非法拉第電容貢獻的電量，有望實現(xiàn)高效、節(jié)能的污染物去除。已有電催化過程中節(jié)能技術(shù)主要集中在開發(fā)三維電極增強擴散傳質(zhì)、降低電極制備成本、優(yōu)化反應(yīng)器布水及布氣條件等方向，目前尚未有利用電極板儲能的間歇性電催化技術(shù)相關(guān)研究報道。此外，研究表明在構(gòu)建極板的過程中，分子印跡聚合物不僅可以選擇性富集污水中低濃度污染物，能多孔結(jié)構(gòu)帶來的極大雙電層電容也十分契合間歇性電催化的用途，因此分子印跡聚合物電極在節(jié)能電催化中具有巨大潛力。

3、現(xiàn)有恒電位或恒電流催化法無法匹配大量環(huán)境污染物較慢的電子轉(zhuǎn)移特性，大量電能消耗在極化等副反應(yīng)中，降解能耗高、電能利用率低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種低成本、節(jié)能環(huán)保的充-放電節(jié)能電催化污水處理方法。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，包括以下步驟：

3、步驟一，清洗碳電極，將其同時作為陰極和陽極，插入污水中，在電化學反應(yīng)池底部設(shè)置磁力攪拌；

4、步驟二，對工作電極施加恒電壓或恒電流，確保電壓能降解污染物且陽極不發(fā)生析氧反應(yīng)、陰極不發(fā)生析氫反應(yīng)；

5、步驟三，停止對工作電極施加電壓或電流，監(jiān)測開路電壓，開路電壓逐漸下降，利用電極儲存的電能繼續(xù)降解污染物；

6、步驟四，重復步驟二和步驟三，直至電催化降解完成。

7、進一步地，步驟一中，碳電極為石墨、碳紙、石墨-噻吩基導電分子印跡聚合物、碳氈中的任意一種。清洗碳電極依次使用h2so4、naoh、乙腈進行清洗。

8、優(yōu)選地，碳電極為石墨-噻吩基導電分子印跡聚合物。

9、進一步地，污水中的污染物為阿奇霉素、雙酚a或卡馬西平。

10、進一步地，步驟一中，磁力攪拌的轉(zhuǎn)速為300～500rpm。

11、進一步地，步驟二中施加恒電壓或恒電流的時間與步驟三中停止對工作電極施加電壓或電流的時間之比為1:2～19。優(yōu)選地，步驟二中施加恒電壓或恒電流的時間與步驟三中停止對工作電極施加電壓或電流的時間之比為1:19，節(jié)能效果最好。

12、進一步地，步驟二中，恒電壓≥1.2v。恒電流為0.01～0.1a/cm2。

13、進一步地，步驟三中，監(jiān)測開路電壓的時間為2min～19min。

14、進一步地，步驟四中，重復次數(shù)為12～80次。

15、工作原理：“充-放電”節(jié)能電催化技術(shù)包含充電催化階段和放電催化階段，如圖1所示，充電催化階段，工作電極被施加以恒電流或恒電壓驅(qū)動電催化反應(yīng)，放電階段則利用高電容極板在充電催化過程中儲存的電量實現(xiàn)污染物的持續(xù)降解。

16、有益效果：本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著性特點：

17、1、在保證去除效果的情況下節(jié)省電能，降低約30-90％的能耗；

18、2、恒電流充電催化步驟確保電流密度可控，保證安全生產(chǎn)；

19、3、工藝簡單，無需特殊設(shè)備及材料，適合現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)升級改造。

技術(shù)特征：

1.一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，其特征在于：所述步驟一中，碳電極為石墨、碳紙、石墨-噻吩基導電分子印跡聚合物、碳氈中的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，其特征在于：所述步驟一中，清洗碳電極依次使用h2so4、naoh、乙腈進行清洗。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，其特征在于：所述污水中的污染物為阿奇霉素、雙酚a或卡馬西平。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，其特征在于：所述步驟一中，磁力攪拌的轉(zhuǎn)速為300～500rpm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，其特征在于：所述步驟二中施加恒電壓或恒電流的時間與步驟三中停止對工作電極施加電壓或電流的時間之比為1:2～19。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，其特征在于：所述步驟二中，恒電壓≥1.2v。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，其特征在于：所述步驟二中，恒電流為0.01～0.1a/cm2。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，其特征在于：所述步驟三中，監(jiān)測開路電壓的時間為2min～19min。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充-放電節(jié)能電催化污水處理方法，其特征在于：所述步驟四中，重復次數(shù)為12～80次。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種充?放電節(jié)能電催化污水處理方法，包括以下步驟：步驟一，清洗碳電極，將其同時作為陰極和陽極，插入污水中，在電化學反應(yīng)池底部設(shè)置磁力攪拌；步驟二，對工作電極施加恒電壓或恒電流，確保電壓能降解污染物且陽極不發(fā)生析氧反應(yīng)、陰極不發(fā)生析氫反應(yīng)；步驟三，停止對工作電極施加電壓或電流，監(jiān)測開路電壓，開路電壓逐漸下降，利用電極儲存的電能繼續(xù)降解污染物；步驟四，重復步驟二和步驟三，直至電催化降解完成。本發(fā)明在保證去除效果的情況下節(jié)省電能，降低約30?90％的能耗；恒電流充電催化步驟確保電流密度可控，保證安全生產(chǎn)；工藝簡單，無需特殊設(shè)備及材料，適合現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)升級改造。

技術(shù)研發(fā)人員：任洪強,潘堯,丁麗麗,王瑾豐,王艷茹
受保護的技術(shù)使用者：南京大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15