[發明專利]基于鈦纖維復合電極的電化學膜過濾裝置及其水處理方法

有效

• 申請號: 202110014256.8
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112830557B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 李新洋;姚宏
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 麻吉鳳

1.一種基于鈦纖維復合電極的電化學膜過濾裝置，其特征在于，包括：

腔體(1)，中空纖維膜(2)、鈦纖維復合陽極(3)和鈦纖維復合陰極(4)；

所述的中空纖維膜(2)安裝于所述腔體(1)的中心，所述的鈦纖維復合陽極(3)以螺旋狀纏繞在所述中空纖維膜(2)的外壁上，所述的鈦纖維復合陰極(4)以螺旋狀貼合于所述中空纖維膜(2)的內壁上；所述中空纖維膜(2)的膜壁作為所述鈦纖維復合陰極(4)和鈦纖維復合陽極(3)之間的電極分隔材料，用于避免短路；

所述腔體(1)的側壁上分別設置有進水口(5)和出水口(6)，用于通入和排出待過濾的水，所述中空纖維膜(2)的兩端分別通過管路穿過所述腔體(1)的頂端和底端，使所述中空纖維膜(2)的內部直接與外部連通，用于作為產出水口(7)，將過濾后的水排出；

所述的進水口(5)和出水口(6)分別位于所述腔體(1)的側壁的底端和頂端；

所述的鈦纖維復合陽極(3)從內至外包括鈦纖維基體、微納構型Ti表層、金屬氧化物催化層和超疏水涂層；

所述的鈦纖維復合陰極(4)從內至外包括鈦纖維基體、微納構型Ti表層、金屬氧化物催化層、導電涂層和超疏水涂層；

或所述的鈦纖維復合陰極(4)從內至外包括鈦纖維基體、微納構型Ti表層、導電涂層和超疏水涂層；

或所述的鈦纖維復合陰極(4)從內至外包括鈦纖維基體、微納構型Ti表層、金屬氧化物催化層和超疏水涂層；

所述的鈦纖維基體為Ti或Ti合金絲狀纖維材料；所述的微納構型Ti表層為在所述鈦纖維基體上生長具有微米柱或微米坑形貌的Ti金屬表層；

所述的金屬氧化物催化層為在微納構型Ti表層上負載Ti、Mn、Ce、Ni、Co、Cu、Zn、Fe、Sn、Sb、Pb、Ir、Ru中的任一種的氧化物；

或所述的金屬氧化物催化層為在微納構型Ti表層上負載Ti、Mn、Ce、Ni、Co、Cu、Zn、Fe、Sn、Sb、Pb、Ir、Ru中的兩種或兩種以上的復合氧化物；

所述的金屬氧化物催化層為納米線、納米棒或納米錐結構；

所述的中空纖維膜的材質為PAN、PVC、PES、PP、PS、PVDF、PTFE、無機陶瓷中的一種；

所述的鈦纖維復合陽極(3)的直徑范圍為0.01mm～1mm，所述鈦纖維復合陰極(4)的直徑范圍為0.01mm～1mm；

所述的超疏水涂層為聚四氟乙烯涂層或氟硅烷涂層；所述的導電涂層為石墨烯、氧化石墨烯、氧化還原石墨烯、富勒烯、摻雜氮、硫元素的石墨烯、摻雜氮、硫元素的氧化石墨烯、摻雜氮、硫元素的氧化還原石墨烯、摻雜氮、硫元素的富勒烯中的一種或多種組成。

2.一種應用權利要求1所述的基于鈦纖維復合電極的電化學膜過濾裝置的水處理方法，其特征在于，包括：

將鈦纖維復合電極作為陽極和陰極，分別呈螺旋狀纏繞在中空纖維膜(2)的外壁和內壁；

在一定操作壓力下，將廢水從進水口(5)通入腔體，從出水口(6)錯流流出，廢水從中空纖維膜(2)的外壁穿透膜體，進入中空纖維膜內，產水經過中空纖維膜(2)的內壁連通的出水口(7)排出；

過濾過程中，在鈦纖維復合陽極和鈦纖維復合陽極之間通過直流穩壓電源施加恒定電流，通過電化學氧化作用去除中空纖維膜表面污染物，同時產生的氣體用于保證中空纖維膜表面清潔；

還包括：

在反沖洗階段：

將清水從產出水口(7)通入，通過中空纖維膜(2)進入腔體(1)內部，最終由進水口(5)和出水口(6)排出；

氣水反沖洗階段：

氣水混合液從進水口(5)通入，與中空纖維膜(2)的膜絲充分接觸，將中空纖維膜表面的雜質清除，清除后的臟水從出水口(6)錯流排出。