基于序构分离-催化超滤膜的电催化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于序构分离

【技术实现步骤摘要】
基于序构分离
‑
催化超滤膜的电催化装置


[0001]本专利技术涉及电催化以及膜分离材料
，尤其涉及基于序构分离
‑
催化超滤膜的电催化装置。

技术介绍

[0002]亚硝胺类物质具有强致癌性，二甲基亚硝胺(NDMA)是其中一种极具代表性的物质，在食品、消费品以及受污染的空气中广泛存在。近年来，人们在饮用水、氯或氯胺消毒后的水体中以及直接受工业源污染的水体中均发现了NDMA的存在，其作为一种新型的消毒副产物逐渐引起国内外水处理行业的广泛重视，并且由于其小分子、不带电的特性，使其无法被反渗透膜截留去除，因此目前常规的以“超滤+反渗透”为技术核心的双膜法无法直接用于其回用。NDMA的致癌风险性要远高于三氯甲烷等卤代消毒副产物，美国环境保护局(USEPA)认为NDMA在极低的浓度(0.7ng/L)下就会致癌，已将其列为优先控制污染物。
[0003]以催化还原与膜分离为核心的物化处理技术是该领域的研究热点。从NDMA的结构上看，其可被归为氧化产物，还原成无害的副产物是一个潜在的技术。对于催化还原过程而言，电化学方法可以直接高效催化还原降解NDMA。
[0004]从工程应用角度来看，流经式的具体装置存在传质效率低、过程受复杂的水质条件影响大的问题。复杂水质中天然有机物等吸附占据催化剂活性位点、易被还原而产生竞争效应，造成特征污染物的去除性能下降，同时也极易生成其他副产物，带来新的环境风险。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提出基于序构分离r/>‑
催化超滤膜的电催化装置。
[0006]为实现本专利技术的目的，提供基于序构分离
‑
催化超滤膜的电催化装置，包括：电源、进水口、阳极钛棒、第一壳体、钛电极板、金属支撑滤网、电催化复合膜、出水口、阴极钛棒和第二壳体；所述电催化复合膜包括：导电基底和超滤膜，所述超滤膜成型在所述导电基底上；
[0007]所述第一壳体的顶部设置有进水口；所述第一壳体的底部设置有第一开口；所述钛电极板固定设置在所述第一壳体的内侧底部，并将所述第一开口完全覆盖；所述阳极钛棒的一端跟所述钛极电板固定连接，另一端穿过所述第一壳体的顶部跟所述电源的正极电性连接；
[0008]所述第二壳体的底部设置有出水口；所述第二壳体的顶部设置有第二开口；所述金属支撑滤网固定设置在所述第二壳体的内侧顶部，并将所述第二开口完全覆盖；所述阴极钛棒的一端跟所述金属支撑滤网固定连接，另一端穿过所述第二壳体的底部跟所述电源的负极电性连接；
[0009]所述第一壳体和第二壳体是两个密闭容器；所述第一开口和所述第二开口的大小形状完全一致；所述第一壳体的底部跟所述第二壳体的顶部通过螺栓固定连接，并且满足
所述第一开口和所述第二开口完全重合；所述电催化复合膜设置在所述第一开口和所述第二开口之间，并将所述第二开口完全覆盖，且满足所述电催化复合膜的导电基底面对着所述第二开口。
[0010]进一步地，所述第一壳体和第二壳体是两个大小相同的长方体密闭容器，所述第一壳体的底部和所述第二壳体的顶部完全重合。
[0011]进一步地，基于序构分离
‑
催化超滤膜的电催化装置还包括橡胶垫圈，所述橡胶垫圈的大小跟所述第一壳体的底部面积大小一致，所述橡胶垫圈中间设置有第三开口，所述第三开口和所述第一开口的大小形状完全一致；所述橡胶垫圈设于所述第一壳体的底部和所述电催化复合膜之间，且满足所述第三开口跟所述第一开口完全重合。
[0012]进一步地，所述电催化复合膜制备过程包括：所述导电基底和超滤膜经过耦合工艺得到所述电催化复合膜。
[0013]进一步地，所述超滤膜为采用非溶剂诱导相分离法制成的聚醚砜树脂(PES)超滤膜。
[0014]进一步地，制备所述聚醚砜树脂(PES)超滤膜采用的原材料包括：聚醚砜树脂(PES)、聚乙二醇(PEG
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20000)和N,N二甲基甲酰胺(DMF)溶液。
[0015]进一步地，制备所述聚醚砜树脂(PES)超滤膜的铸膜液中，聚醚砜树脂(PES)的质量分数为10～20％，聚乙二醇(PEG
‑
20000)的质量分数为5～15％。
[0016]进一步地，所述电源采用可调式直流稳压电源，并且所述可调式直流稳压电源的电压调节范围为1.0～100.0V，电流调节范围为0～5A。
[0017]进一步地，所述金属支撑滤网采用钛金属支撑滤网。
[0018]进一步地，所述电催化复合膜(8)采用碳基底作为导电基底。
[0019]跟现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]本专利技术从技术需求的上游源头与特征污染物高效去除的现实需求出发，针对性地设计出了以序构分离
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催化还原的电催化复合膜为核心的电催化装置，通过过程中传质的强化以及对大分子的干扰物质的屏蔽，去除了对催化还原的干扰并且强化小分子微污染物的富集与转化，实现了低能耗的高效竞对，可以直接嵌套进现有的双膜法水回用工艺中，对开发短流程处理工艺意义重大。
[0021]本专利技术中的电催化装置的电催化效率高，由于流通式操作带来的传质作用的增强，能在极短的停留时间内实现污染物完全去除；分离与电催化过程存在先后次序，分离为后续催化增效，避免有害副产物的产生；低能耗的电化学体系可以赋予膜较好的抗污染性能，实现长时间的稳定操作，降低运行成本；膜分离和催化工艺集成于一个处理单元，可以构建短流程水回用工艺，具有占地面积小、成本投入低的优势。
附图说明
[0022]图1是一个实施例的基于序构分离
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催化超滤膜的电催化装置的结构示意图；
[0023]图2是一个实施例的基于序构分离
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催化超滤膜的电催化装置的完整应用流程图；
[0024]图3是一个实施例中制备所得序构分离超滤膜(M1)的：3(a)断面SEM图、3(b)碳纸表面SEM图、3(c)PES膜表面SEM图；
[0025]图4是一个实施例中M1膜对NDMA的去除效果图：4(a)M1膜对NDMA单一体系中的
NDMA去除效果图、4(b)M1膜对有腐殖酸存在情况下多组分污染物体系中的NDMA去除效果图；
[0026]图5为一个实施例中M2膜对NDMA单一体系中的NDMA去除效果图；
[0027]图6为一个实施例中碳纸对NDMA的去除效果图：6(a)碳纸对NDMA单一体系中的NDMA去除效果图、6(b)碳纸对有腐殖酸存在情况下多组分污染物体系中的NDMA去除效果图。
[0028]附图标记：1
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电源、2
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进水口、3
‑
阳极钛棒、4
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第一壳体、5
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钛电极板、6
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橡胶垫圈、7
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金属支撑滤网、8
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电催化复合膜、9
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出水口、10
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于序构分离
‑
催化超滤膜的电催化装置，其特征在于，包括：电源(1)、进水口(2)、阳极钛棒(3)、第一壳体(4)、钛电极板(5)、金属支撑滤网(7)、电催化复合膜(8)、出水口(9)、阴极钛棒(10)和第二壳体(11)；所述电催化复合膜(8)包括：导电基底和超滤膜，所述超滤膜成型在所述导电基底上；所述第一壳体(4)的顶部设置有进水口(2)；所述第一壳体(4)的底部设置有第一开口(s1)；所述钛电极板(5)固定设置在所述第一壳体(4)的内侧底部，并将所述第一开口(s1)完全覆盖；所述阳极钛棒(3)的一端跟所述钛极电板(5)固定连接，另一端穿过所述第一壳体(4)的顶部跟所述电源(1)的正极电性连接；所述第二壳体(11)的底部设置有出水口(9)；所述第二壳体(11)的顶部设置有第二开口(s2)；所述金属支撑滤网(7)固定设置在所述第二壳体(11)的内侧顶部，并将所述第二开口(s2)完全覆盖；所述阴极钛棒(10)的一端跟所述金属支撑滤网(7)固定连接，另一端穿过所述第二壳体(11)的底部跟所述电源(1)的负极电性连接；所述第一壳体(4)和第二壳体(11)是两个密闭容器；所述第一开口(s1)和所述第二开口(s2)的大小形状完全一致；所述第一壳体(4)的底部跟所述第二壳体(11)的顶部通过螺栓固定连接，并且满足所述第一开口(s1)和所述第二开口(s2)完全重合；所述电催化复合膜(8)设置在所述第一开口(s1)和所述第二开口(s2)之间，并将所述第二开口(s2)完全覆盖，且满足所述电催化复合膜(8)的导电基底面对着所述第二开口(s2)。2.根据权利要求1所述的基于序构分离
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催化超滤膜的电催化装置，其特征在于，所述第一壳体(4)和第二壳体(11)是两个大小相同的长方体密闭容器，所述第一壳体(4)的底部和所述第二壳体(11)的顶部完全重合。3.根据权利要求2所述的基于序构分离
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催化超滤膜的电催化装置，其特征在于，还包括橡胶垫圈(6)，所述橡胶垫圈(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健生，吕正军，谢佳，齐俊文，王超海，孙秀云，朱志高，周雨珺，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：