[發(fā)明專利]基于鈦纖維復(fù)合電極的電化學(xué)膜過(guò)濾裝置及其水處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110014256.8
• 申請(qǐng)日: 2021-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112830557B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李新洋;姚宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/469
• 分類號(hào): C02F1/469
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 麻吉鳳

本發(fā)明提供了一種基于鈦纖維復(fù)合電極的電化學(xué)膜過(guò)濾裝置及其水處理方法，包括：腔體(1)，中空纖維膜(2)、鈦纖維復(fù)合陽(yáng)極(3)和鈦纖維復(fù)合陰極(4)；中空纖維膜(2)安裝于腔體(1)的中心，鈦纖維復(fù)合陽(yáng)極(3)以螺旋狀纏繞在中空纖維膜(2)的外壁上，鈦纖維復(fù)合陰極(4)以螺旋狀貼合于中空纖維膜(2)的內(nèi)壁上；中空纖維膜(2)的膜壁作為電極分隔材料，用于避免短路；腔體(1)的側(cè)壁上分別設(shè)置有進(jìn)水口(5)和出水口(6)，用于通入和排出待過(guò)濾的水，中空纖維膜(2)的兩端分別通過(guò)管路穿過(guò)腔體(1)的頂端和底端，使中空纖維膜(2)的內(nèi)部直接與外部連通，本裝置可以顯著地降低成本，提升電極質(zhì)量的利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鈦纖維復(fù)合電極的電化學(xué)膜過(guò)濾裝置及其水處理方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，電過(guò)濾技術(shù)在水處理技術(shù)領(lǐng)域中受到了廣泛的重視。由于該技術(shù)將電化學(xué)與過(guò)濾技術(shù)充分耦合，尤其是充分利用過(guò)濾過(guò)程中的強(qiáng)制對(duì)流作用，將污染物持續(xù)傳送到電極表面，顯著降低了電極的傳質(zhì)受限問(wèn)題，從而提升了電化學(xué)系統(tǒng)的電流效率和氧化效率。基于上述技術(shù)，開(kāi)發(fā)了很多基于水處理膜基材的新型導(dǎo)電膜材料，其中主要是有是以碳材料為主要導(dǎo)電層的有機(jī)或無(wú)機(jī)膜材料。哈佛大學(xué)Vecitis等人開(kāi)發(fā)了石墨烯+碳納米管復(fù)合導(dǎo)電層的膜材料，國(guó)內(nèi)外也有諸多研究團(tuán)隊(duì)采用真空抽濾法將碳納米管或石墨烯涂層均勻涂覆在膜基體表面，也相繼取得了諸多成果。但是由于碳材料具有析氧電位低，氧化性弱的特點(diǎn)，有學(xué)者在碳材料表面進(jìn)一步負(fù)載具有高析氧電位的SnO₂-Sb等氧化劑，雖然氧化性得到了提升，但是碳基材料在高電位下仍然存在容易氧化和電極失效等問(wèn)題。更為重要的是，現(xiàn)有的碳基導(dǎo)電層與膜基體在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下，仍然存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、易脫落和導(dǎo)電層失效等問(wèn)題，對(duì)電過(guò)濾系統(tǒng)大規(guī)模長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提出挑戰(zhàn)。

除了在膜基體表面涂覆碳基導(dǎo)電材料外，也有學(xué)者采用直接將電化學(xué)組件與膜組件結(jié)合(CN201910118009.5，CN201710864744.1)，將電化學(xué)組件(電極板)放置在膜系統(tǒng)中或膜系統(tǒng)后，以強(qiáng)化膜系統(tǒng)的抗污染能力或者提升膜系統(tǒng)的除污性能。但是上述電極材料和膜材料屬于相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，電化學(xué)氧化作用對(duì)于膜表面氧化物的原位氧化去除以及膜過(guò)濾作用對(duì)電極表面的強(qiáng)化傳質(zhì)作用等潛力并沒(méi)有得到有效的發(fā)揮。尤其是中空纖維膜，由于高通量和高面體比的特點(diǎn)，是家用水處理系統(tǒng)以及廢水處理工程的首選膜構(gòu)型。

因此，如何設(shè)計(jì)一款適用于中空纖維膜材料的電化學(xué)過(guò)濾系統(tǒng)，在不改變?cè)心げ牧系那疤嵯拢瑢⑿滦偷碾姌O材料(開(kāi)放結(jié)構(gòu)、傳質(zhì)優(yōu)良、高面體比)并與中空纖維膜進(jìn)行有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)膜表面污染物的高效去除與膜污染的原位清潔，同時(shí)利用膜絲形成微化學(xué)反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)高電流效率和低能耗，低成本以及可放大化制備，這對(duì)于電過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于鈦纖維復(fù)合電極的電化學(xué)膜過(guò)濾裝置及其水處理方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種基于鈦纖維復(fù)合電極的電化學(xué)膜過(guò)濾裝置，包括：

腔體(1)，中空纖維膜(2)、鈦纖維復(fù)合陽(yáng)極(3)和鈦纖維復(fù)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(fù)合陽(yáng)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(fù)合陰極(4)以螺旋狀貼合于所述中空纖維膜(2)的內(nèi)壁上；所述中空纖維膜(2)的膜壁作為所述鈦纖維復(fù)合陰極(4)和鈦纖維復(fù)合陽(yáng)極(3)之間的電極分隔材料，用于避免短路；

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

優(yōu)選地，進(jìn)水口(5)和出水口(6)分別位于所述腔體(1)的側(cè)壁的底端和頂端。