[發(fā)明專利]一種木陶瓷電催化復(fù)合膜及其制備方法、電催化膜反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610939947.8
• 申請(qǐng)日: 2016-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107998896B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁小平;張迪;楊善敏;陳子尚;趙家琦;李建新;姚肖;王皝瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D67/00
• 分類號(hào): B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D71/02;C02F1/461;C02F1/469
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本發(fā)明公開(kāi)了一種木陶瓷電催化復(fù)合膜及其制備方法、電催化膜反應(yīng)器，利用自然界普遍存在且廉價(jià)易得的木質(zhì)材料高溫碳化處理后作為原料，粉碎成不同粒徑的木炭粉，將不同粒徑木炭粉分別浸漬在導(dǎo)電金屬氧化物溶膠和催化劑溶膠中，干燥熱處理，然后與環(huán)氧樹(shù)脂、鈦酸丁酯在球磨機(jī)中混合均勻，經(jīng)成型、干燥、燒結(jié)步驟，得到具有導(dǎo)電性能的微米孔與納米孔結(jié)構(gòu)匹配的分級(jí)多孔電催化復(fù)合膜。以電催化復(fù)合膜為陽(yáng)極，金屬材料為陰極構(gòu)建電催化膜反應(yīng)器處理廢水。本發(fā)明木陶瓷電催化復(fù)合膜具有能耗低，分離效果好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于含酚廢水，含油廢水，印染廢水等工業(yè)廢水處理及回用。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，原料易得，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，特別涉及電催化耦合膜分離技術(shù)，具體為一種木陶瓷電催化復(fù)合膜及其制備方法、電催化膜反應(yīng)器。

背景技術(shù)

目前中國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展，大量的工業(yè)廢水排入到自然環(huán)境中，使污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重。水資源短缺和水污染正嚴(yán)重影響著人類的生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。世界各國(guó)在處理水資源短缺和水污染方面的經(jīng)驗(yàn)表明，廢水處理和回用是解決水資源污染和短缺最有效途徑之一。廢水處理技術(shù)目前正面臨巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也為新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用帶來(lái)了機(jī)遇。

處理工業(yè)廢水的常用方法分為物理法(吸附法、萃取法、蒸汽法、膜分離技術(shù)等)、化學(xué)法(化學(xué)氧化法、光電催化氧化法、濕式氧化法、電催化氧化技術(shù)等)和生化法(活性污泥法、投菌法、生物膜法)等。其中膜分離技術(shù)和電催化氧化技術(shù)是近些年來(lái)的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。膜分離作為一種高效節(jié)能、環(huán)境友好的新型分離技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于水處理、化工、食品及生物等各個(gè)領(lǐng)域。與常規(guī)水處理工藝相比，膜分離技術(shù)具有節(jié)能、集成、分離效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)須加化學(xué)藥劑、不會(huì)造成二次污染，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。但是膜分離技術(shù)中膜污染問(wèn)題一直制約其發(fā)展和應(yīng)用，由于污染物質(zhì)易松散沉積在膜表面和孔隙處，造成膜孔堵塞和污染物質(zhì)強(qiáng)烈粘附。或是錯(cuò)流過(guò)濾條件下的反沖洗或間歇操作清除時(shí)部分污染物不能被清除，造成膜污染，而膜污染增加跨膜壓差，降低膜通量和分離效率，導(dǎo)致膜組件更換和膜清洗的頻率增加，提高處理成本，使得操作繁雜，嚴(yán)重影響膜分離作為污水處理技術(shù)的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，這些都限制了其在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于電催化氧化技術(shù)已有一定基礎(chǔ)，在水處理和有機(jī)合成領(lǐng)域取得了一定成績(jī)，而電化學(xué)也逐漸引起了人們的注意。電催化氧化技術(shù)集合電化學(xué)合成和催化氧化技術(shù)為一體。在有機(jī)合成和處理有機(jī)廢水方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：(1)具有多種功能。具有廣泛的選擇性，在污水、廢氣和有毒廢物處理中發(fā)揮重要作用；(2)通過(guò)控制參數(shù)進(jìn)行反應(yīng)調(diào)控，便于操作；(3)無(wú)需再次添加輔助氧化還原劑；(4)產(chǎn)物簡(jiǎn)單，不會(huì)引發(fā)二次污染；(5)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，占地面積小；(6)使用靈活，既可單獨(dú)使用，也可以與其他方法相結(jié)合。但是在工業(yè)化應(yīng)用中普遍存在的電流效率偏低和耗能高等問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好的解決。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)煤基炭膜存在的問(wèn)題，提出以碳化的自然界中的廢木材、廢竹材、果殼、甘蔗渣、稻殼等為原料制備木陶瓷電催化復(fù)合膜，具有制備工藝簡(jiǎn)單，原料易得，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可按照用戶要求制備成各種形狀等特點(diǎn)。

本發(fā)明提供一種木陶瓷電催化復(fù)合膜，以碳化木質(zhì)材料為原料，粉碎成不同粒徑的炭粉，浸漬包覆不同的金屬氧化物溶膠，經(jīng)過(guò)干燥、成型和燒結(jié)，制備電催化與膜分離一體化功能的木陶瓷電催化復(fù)合膜。

本發(fā)明還提供一種電催化膜反應(yīng)器，以本發(fā)明所述的木陶瓷電催化復(fù)合膜為陽(yáng)極。

本發(fā)明還提供一種木陶瓷電催化復(fù)合膜的制備方法，該方法步驟如下，

(1)制備木炭粉，并經(jīng)篩分得到第一粒徑木炭粉、第二粒徑木炭粉和第三粒徑木炭粉；

(2)制備導(dǎo)電金屬氧化物溶膠；

(3)制備催化劑溶膠；

(4)將第一粒徑木炭粉置于金屬氧化物溶膠中，攪拌至溶膠發(fā)生溶脹，溶液變成凝膠，然后干燥，得到第一包覆木炭粉；