[發明專利]管狀多孔鈦膜-臭氧接觸反應裝置及其水處理方法

有效

• 申請號: 201911135038.9
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN111003788B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 姚宏;李新洋;張家赫;張濟民
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/78;C02F101/30
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 姜威

1.一種管狀多孔鈦膜-臭氧接觸反應裝置，其特征在于，包括：腔體、管狀膜電極和對電極；

所述的管狀多孔鈦膜電極設置于所述腔體中心，所述的對電極設置在管狀膜電極的內部，所述的對電極與管狀多孔鈦膜電極之間設置有分隔材料，用于防止短路；

所述腔體的底部和頂部分別設置有進氣口和出氣口，所述管狀多孔鈦膜電極的下端與上端分別為進水口與出水口，用于使廢水流入和流出所述管狀多孔鈦膜電極；

使用時，當所述管狀多孔鈦膜電極作為陰極，所述對電極作為陽極，當所述管狀多孔鈦膜電極作為陽極，所述對電極作為陰極；

所述的管狀多孔鈦膜電極包括管狀多孔鈦基體和負載在管狀多孔鈦基體上的第一催化層，所述的對電極包括網狀金屬電極基體和負載在網狀金屬電極基體上的第二催化層；

所述的分隔材料為尼龍網。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的管狀多孔鈦基體的內徑為1cm～5cm，壁厚為2mm～20mm，平均孔徑為1μm～200μm。

3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的當所述管狀多孔鈦膜電極作為陰極，所述對電極作為陽極，包括：所述的負載在管狀多孔鈦基體上的催化層為炭材料涂層，所述的負載在網狀金屬電極基體上的第二催化層為Ti、Mn、Ce、Cu、Fe、Ni、Sn、Sb、Pb的氧化物或復合氧化物。

4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的當所述管狀多孔鈦膜電極作為陽極，所述對電極作為陰極，包括：所述的負載在管狀多孔鈦基體上的第一催化層為金屬氧化物，所述的負載在網狀金屬電極基體上的第二催化層為石墨烯、碳納米管、碳微球層和導電石墨粉中的一種或多種。

5.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的炭材料涂層為石墨烯、碳納米管、碳微球層和導電石墨粉中的一種或多種。

6.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的金屬氧化物為Ti、Mn、Ce、Cu、Fe、Ni、Sn、Sb、Pb的氧化物或復合氧化物。

7.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的網狀金屬電極基體為鈦網、不銹鋼網、鎳網或銅網，所述的第一催化層的形狀為納米球、納米線、納米棒、納米片、納米管或納米花，所述的第二催化層的形狀為納米球、納米線、納米棒、納米片、納米管或納米花。

8.一種應用于權利要求1-7任一項所述裝置進行水處理的方法，其特征在于，包括：

1)當所述管狀多孔鈦膜電極作為陽極，所述對電極作為陰極：對電極卷曲后放置在管狀多孔鈦膜電極內部，之間采用分隔材料防止短路，O₃氣體通過進氣口進入腔體并與管狀多孔鈦膜電極外部接觸，經過膜表面擴散至管狀多孔鈦膜電極的內部，首先O₃和管狀多孔鈦膜電極的第一催化層發生非均相催化反應產生羥基自由基，然后擴散到管狀多孔鈦膜電極內部的O₂與對電極的第二催化層發生兩電子還原反應產生H₂O₂，O₃與H₂O₂進一步發生均相反應產生大量羥基自由基；同時待處理廢水從管狀多孔鈦膜電極底部的進水口流入，與管狀膜電極內部產生的大量羥基自由基發生反應，對有機物進行高效降解，最終出水從管狀多孔鈦膜電極上部出水口排出；

2)當所述管狀多孔鈦膜電極作為陰極，所述對電極作為陽極：對電極卷曲后放置在管狀多孔鈦膜電極內部，之間采用分隔材料防止短路，O₃氣體通過進氣口進入腔體并與管狀多孔鈦膜電極外部接觸，經過膜表面擴散至管狀多孔鈦膜電極內部，首先O₃/O₂混合氣體中的O₂和管狀多孔鈦膜電極表面的第一催化層發生兩電子還原反應產生H₂O₂，O₃與H₂O₂進一步發生均相反應產生大量羥基自由基，其次，擴散到管狀多孔鈦膜電極內部的O₃與對電極表面的第二催化層發生非均相催化反應產生羥基自由基，同時待處理廢水從管狀膜電極底部進水口流入，與管狀多孔鈦膜電極內部產生的大量羥基自由基發生反應，對有機物進行高效降解，最終出水從管狀多孔鈦膜電極上部出水口排出。