專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電催化膜廢水處理系統(tǒng)及其電催化膜管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及廢水處理領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種電催化膜廢水處理系統(tǒng)及其電
催化膜管。
背景技術(shù)：
難降解有機(jī)污染物是21世紀(jì)影響人類(lèi)健康的三大環(huán)境問(wèn)題(難降解有機(jī)污染物、 溫室效應(yīng)、臭氧層破壞)之一，難降解有機(jī)污染物(或稱(chēng)為持久性有機(jī)污染物)在環(huán)境中難降解、具有很強(qiáng)的親脂性、容易在食物鏈中富集、能夠遠(yuǎn)距離傳輸、毒性極大，對(duì)各種生物的生存環(huán)境和健康帶來(lái)極大危害。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，難降解有機(jī)廢水的污染日益嚴(yán)重。 特別是在制藥業(yè)、紡織印刷業(yè)、焦化廠、石化行業(yè)等的快速發(fā)展，使含有難降解有機(jī)污染物的工業(yè)廢水日益增多。難降解有機(jī)廢水不僅嚴(yán)重污染了環(huán)境，而且也在經(jīng)濟(jì)上極大地制約了關(guān)系著國(guó)計(jì)民生的電子、印染、制藥、造紙等行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展起著極大的阻礙作用，特別是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，這一影響因素日益顯著，許多經(jīng)濟(jì)效益顯著的企業(yè)由于水污染問(wèn)題而不得不關(guān)停或并轉(zhuǎn)。因此開(kāi)發(fā)高效、低成本的難降解有機(jī)廢水處理技術(shù)不僅是環(huán)境保護(hù)的要求，而且是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的迫切需要。難降解有機(jī)污染物由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、難以生化降解、毒性強(qiáng)等特點(diǎn)，導(dǎo)致用常規(guī)的物理、化學(xué)、生物方法難以滿足難降解有機(jī)廢水處理在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的要求。濕式氧化和電催化氧化是目前處理難降解有機(jī)廢水較為有效的兩種方法。但濕式氧化需要高溫高壓的苛刻運(yùn)行條件，同時(shí)裝置投資大、占地面積廣，嚴(yán)重限制了其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。而且，盡管滿足濕式氧化反應(yīng)的苛刻條件，仍存在催化劑流失等處理難題。而電催化氧化裝置緊湊、設(shè)備體積小、占地少，能夠成功處理眾多難降解有機(jī)廢水，且具有環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，有可能成為新型的易于自動(dòng)化操作、便捷、穩(wěn)定的有機(jī)廢水處理工藝，因而成為近年來(lái)各種高級(jí)氧化技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。但電催化氧化也不可避免地存在著缺點(diǎn)電催化氧化單一運(yùn)用存在成本高、裝置運(yùn)行電流效率低(一般小于45%)等難以工業(yè)應(yīng)用的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種電催化膜廢水處理系統(tǒng)及其電催化膜管，其將膜分離與電催化集成在一起，通過(guò)膜反應(yīng)集成，以強(qiáng)化反應(yīng)傳質(zhì)效果、減少電極表面污染、提高電催化氧化的電流效率、降低處理成本，實(shí)現(xiàn)難降解有機(jī)廢水的治理。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下之技術(shù)方案一種電催化膜廢水處理系統(tǒng)，包括有機(jī)廢水池、混合閥、直流穩(wěn)壓電源、滲透液槽、 輔助電極和至少一電催化膜管；該電催化膜管包括一采用丙稀碳源氣體經(jīng)熱分解化學(xué)氣相沉積實(shí)現(xiàn)碳化導(dǎo)電的陶瓷膜管基材，該陶瓷膜管基材負(fù)載有實(shí)現(xiàn)廢水電催化氧化作用的催化劑；該電催化膜管安裝于滲透液槽中，該輔助電極圍繞在電催化膜管外并與電催化膜管保持有間距；所述有機(jī)廢水池的出水端通過(guò)計(jì)量泵與混合閥的進(jìn)水端連接，該混合閥通過(guò)進(jìn)水管與電催化膜管連接，該直流穩(wěn)壓電源的正極和負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線分別連接到電催化膜管和輔助電極上，所述電催化膜管的出水端與前述混合閥連接，并于電催化膜管與混合閥之間的管路上設(shè)置有一控制閥門(mén)。作為一種優(yōu)選方案，所述電催化膜管上下貫通滲透液槽，該電催化膜管的兩端伸出在滲透液槽的頂部和底部。作為一種優(yōu)選方案，所述電催化膜管伸出在滲透液槽底部的一端為廢水出水端， 該廢水出水端連接有廢水管，該廢水管上安裝有取樣控制閥。作為一種優(yōu)選方案，所述滲透液槽的上端設(shè)有一滲透液出水口。作為一種優(yōu)選方案，所述輔助電極為金屬絲網(wǎng)。 一種電催化膜管，包括一采用丙稀碳源氣體經(jīng)熱分解化學(xué)氣相沉積實(shí)現(xiàn)碳化導(dǎo)電的陶瓷膜管基材，該陶瓷膜管基材負(fù)載有實(shí)現(xiàn)廢水電催化氧化作用的催化劑。作為一種優(yōu)選方案，所述催化劑為貴金屬催化劑。作為一種優(yōu)選方案，所述催化劑為鉬或鈀。作為一種優(yōu)選方案，所述陶瓷膜管基材為Al2O3陶瓷膜管。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案可知，其主要系將負(fù)載催化劑的無(wú)機(jī)陶瓷膜管作為電化學(xué)反應(yīng)的電極，電極本身同時(shí)具有膜分離和電催化氧化功能，通過(guò)膜分離與電催化的耦合效應(yīng)，克服各自的缺陷，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可以強(qiáng)化反應(yīng)傳質(zhì)效果、減少電極表面污染、提高電催化氧化效率、降低處理成本。膜電極的多孔表面及其內(nèi)部孔道，大大提高了電極催化表面積，同時(shí)膜分離的壓力濃差作用加強(qiáng)了有機(jī)污染物向電極表面的傳質(zhì)作用，強(qiáng)化了有機(jī)污染物在電極上的氧化分解效率。同時(shí)膜分離作用也減少了有機(jī)污染物在電極表面的凝聚，防止了電極表面的污染。另外，在電極的電聲作用下也可以減少膜污染和膜通量的下降。為更清楚地闡述本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征和功效，
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

[0017]圖1是本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖；[0018]圖2是本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例的技術(shù)工藝流程圖。[0019]附圖標(biāo)識(shí)說(shuō)明[0020]10、有機(jī)廢水池20、混合閥[0021]30、直流穩(wěn)壓電源40、電催化膜管[0022]41、廢水出水端50、輔助電極[0023]60、滲透液槽61、滲透液出水口[0024]70、計(jì)量泵80、控制閥門(mén)[0025]90、取樣控制閥。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，其顯示出了本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，包括有一機(jī)廢水池10、一混合閥20、一直流穩(wěn)壓電源30、至少一電催化膜管40、一輔助電極50和一滲透液槽60，該電催化膜管40安裝于滲透液槽60中，該輔助電極50環(huán)繞在電催化膜管40外并與電催化膜管40保持有間距；所述有機(jī)廢水池10的出水端通過(guò)計(jì)量泵70與混合閥20 的進(jìn)水端連接，該混合閥20通過(guò)進(jìn)水管與電催化膜管40連接，該直流穩(wěn)壓電源30的正極和負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線分別連接到電催化膜管40和輔助電極50上，所述電催化膜管40的出水端通過(guò)控制閥門(mén)80與前述混合閥20連接。為了能夠更徹底地處理有機(jī)廢水，所述電催化膜管40的安裝數(shù)量不限于一條，其數(shù)量可以根據(jù)處理廢水的容量而定。具體而言，所述電催化膜管40包括一采用丙稀碳源氣體經(jīng)熱分解化學(xué)氣相沉積實(shí)現(xiàn)碳化導(dǎo)電的陶瓷膜管基材，該陶瓷膜管基材負(fù)載有實(shí)現(xiàn)廢水電催化氧化作用的催化劑；該陶瓷膜管基材主要為Al2O3材料，而催化劑為鉬或鈀等貴金屬物。該電催化膜管40上下貫通滲透液槽60，該電催化膜管40的兩端伸出在滲透液槽60的頂部和底部，電催化膜管40伸出在滲透液槽60底部的一端為廢水出水端41，該廢水出水端41連接有廢水管，該廢水管上安裝有取樣控制閥90。而所述滲透液槽60的上端設(shè)有一滲透液出水口 61，經(jīng)過(guò)濾、催化電解分離后的滲透液從該出水口中流出。在本實(shí)施例中，所述輔助電極50為金屬絲網(wǎng)，具體可以系不繡鋼網(wǎng)。該電催化膜廢水處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理是以電催化膜管40作為反應(yīng)的陽(yáng)極，外部環(huán)繞環(huán)形金屬絲網(wǎng)作為陰極，有機(jī)廢水經(jīng)計(jì)量泵70控制調(diào)節(jié)流量和停留并流入陽(yáng)極的電催化膜管40內(nèi)，經(jīng)電解和膜分離處理后，滲透液進(jìn)入電催化膜管40外的陰極室內(nèi)，而滯留液從電催化膜管40下端的廢水出水端41流出并循環(huán)回去與原有機(jī)廢水混合再進(jìn)入電催化膜管40內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行電解和膜分離處理。由于市場(chǎng)上一般的無(wú)機(jī)陶瓷膜管基材Al2O3材料，其本身并不導(dǎo)電，因此不能作為電極應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)電性能，本實(shí)施例中，陶瓷膜管電極制備的具體過(guò)程可以分以下兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)首先進(jìn)行陶瓷膜管的導(dǎo)電化處理選擇市場(chǎng)上合適孔徑和壁厚的氧化鋁陶瓷膜管，經(jīng)清潔預(yù)處理后，采用熱分解化學(xué)氣相沉積法使丙稀等碳源氣體分解，并在陶瓷膜管表面及孔道內(nèi)沉積形成一薄層結(jié)晶度高的碳層，并控制碳化沉積量，使陶瓷膜管具備導(dǎo)電性， 此處使碳化薄層高度結(jié)晶，并控制碳化沉積量可以有效防止碳層的化學(xué)氧化并防止對(duì)陶瓷膜孔結(jié)構(gòu)的堵塞。同時(shí)控制化學(xué)氣相沉積條件，選擇合適的碳源氣體濃度、沉積溫度、反應(yīng)時(shí)間以及熱分解催化劑類(lèi)型和用量，以調(diào)控導(dǎo)電膜管的孔結(jié)構(gòu)，從而獲得良好的導(dǎo)電性又不影響膜性能的陶瓷膜管，并通過(guò)SEM、TEM、比表面分析等表征膜管的孔結(jié)構(gòu)特征。此時(shí)，陶瓷膜管僅有導(dǎo)電性并不具備催化氧化性能，只有具備催化氧化作用的導(dǎo)電材料才能作為電催化氧化的電極應(yīng)用，因此進(jìn)一步需進(jìn)行膜管電極的電催化性能處理， 該處理過(guò)程系通過(guò)將沉積碳層的導(dǎo)電膜經(jīng)金屬鹽溶液浸漬、焙燒和氫氣還原處理，從而負(fù)載上合適的鉬、鈀等貴金屬催化劑。由于鉬、鈀等貴金屬是常見(jiàn)的具有催化氧化功能的催化劑組分，電極上負(fù)載少量貴金屬組分就能實(shí)現(xiàn)電催化氧化作用。因此具有合適孔結(jié)構(gòu)和負(fù)載催化劑的導(dǎo)電膜管耦合了膜分離功能，從而制成電催化氧化的電極。另外，為了膜管電極獲得最佳的電催化氧化效果，可以對(duì)膜管電極的電化學(xué)性能進(jìn)行下述調(diào)制采用Auto Lab電化學(xué)工作站，通過(guò)塔菲爾曲線、線性掃描伏安法、循環(huán)伏安法、恒電流技術(shù)等研究電催化膜管40電極的法拉第和非法拉第過(guò)程，測(cè)試電極的電化學(xué)性能，并反饋調(diào)整催化膜管的電極制備過(guò)程。[0033]圖2顯示了本實(shí)施例的技術(shù)路線的實(shí)施步驟步驟(1)，主要選用市場(chǎng)上廉價(jià)的Al2O3陶瓷膜管，選擇不同壁厚、管徑和不同膜孔尺寸的陶瓷膜管作為電極制備的基材；步驟(2)，采用前述的碳化沉積和催化劑負(fù)載方法制備電極；步驟(3)，采用TEM、XRD、FTIR、比表面等結(jié)構(gòu)組成表征和導(dǎo)電測(cè)試，如果導(dǎo)電性和膜孔結(jié)構(gòu)不合適，剛返回重新設(shè)計(jì)制備膜管電極，如果效果好則進(jìn)入下一步；步驟(4)，組建電催化反應(yīng)裝置；步驟(5)，一方面選擇有機(jī)廢水試樣，另一方面現(xiàn)場(chǎng)采集試劑有機(jī)廢水，并進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)分析；步驟(6)，比較分析不同有機(jī)廢水的電催化氧化效果，考察膜分離性能、電催化效率、研究不同操作參數(shù)的影響和有機(jī)污染物的氧化降解效果。如果不能取得較好的電催化氧化和膜分離性能，剛需返回進(jìn)一步設(shè)計(jì)制備膜管電極。如果取得較好效果則進(jìn)入下一步。步驟(7 )，進(jìn)行有關(guān)總結(jié)，得出規(guī)律和實(shí)用參考數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面1、采用熱分解或化學(xué)氣相沉積方法，選擇不同孔徑和壁厚的陶瓷膜管，在程序升溫爐中沉積高度結(jié)晶的導(dǎo)電碳薄層，使陶瓷膜管導(dǎo)電。通過(guò)XRD粉末X射線衍射、TEM透射電子顯微鏡考察碳層結(jié)晶狀態(tài)和膜管的孔結(jié)構(gòu)，并通過(guò)導(dǎo)電性能測(cè)試等確定陶瓷膜管的最佳碳化結(jié)晶沉積工藝，使陶瓷膜管具有合適的膜孔結(jié)構(gòu)和良好的導(dǎo)電性。2、采用常規(guī)的催化劑負(fù)載技術(shù)，包括浸漬、焙燒、還原過(guò)程，在導(dǎo)電膜管孔道內(nèi)表面負(fù)載上適量的貴金屬催化劑組分，使膜管具備電催化氧化性能。通過(guò)Auto Lab電化學(xué)工作站測(cè)試膜管電極的電化學(xué)性能，包括塔菲爾曲線、線性掃描伏安法、循環(huán)伏安法、恒電流技術(shù)等，從而為催化劑組分的選擇和負(fù)載量提供優(yōu)化方案。3、采用膜分離與電催化氧化的耦合技術(shù)，將負(fù)載合適催化劑組分的陶瓷膜管作為電催化裝置的陽(yáng)極，外部環(huán)繞的不繡鋼或錫金屬絲網(wǎng)作為陰極，在恒流恒壓直流電源作用下，難降解有機(jī)廢水通過(guò)膜管電極內(nèi)部的電催化氧化和膜分離效果。綜上所述，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于，其主要系將負(fù)載催化劑的無(wú)機(jī)陶瓷膜管作為電化學(xué)反應(yīng)的電極，電極本身同時(shí)具有膜分離和電催化氧化功能，通過(guò)膜分離與電催化的耦合效應(yīng)，克服各自的缺陷，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可以強(qiáng)化反應(yīng)傳質(zhì)效果、減少電極表面污染、提高電催化氧化效率、降低處理成本。膜電極的多孔表面及其內(nèi)部孔道，大大提高了電極催化表面積，同時(shí)膜分離的壓力濃差作用加強(qiáng)了有機(jī)污染物向電極表面的傳質(zhì)作用，強(qiáng)化了有機(jī)污染物在電極上的氧化分解效率。同時(shí)膜分離作用也減少了有機(jī)污染物在電極表面的凝聚，防止了電極表面的污染。另外，在電極的電聲作用下也可以減少膜污染和膜通量的下降。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)范圍作任何限制，故凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電催化膜廢水處理系統(tǒng)，包括有機(jī)廢水池、直流穩(wěn)壓電源、一輔助電極和滲透液槽，其特征在于還包括混合閥和至少一電催化膜管，該電催化膜管包括一采用丙稀碳源氣體經(jīng)熱分解化學(xué)氣相沉積實(shí)現(xiàn)碳化導(dǎo)電的陶瓷膜管基材，該陶瓷膜管基材負(fù)載有實(shí)現(xiàn)污水電催化氧化作用的催化劑；該電催化膜管安裝于滲透液槽中，該輔助電極圍繞在電催化膜管外并與電催化膜管保持有間距；所述有機(jī)廢水池的出水端通過(guò)泵與混合閥的進(jìn)水端連接，該混合閥通過(guò)進(jìn)水管與電催化膜管連接，該直流穩(wěn)壓電源的正極和負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線分別連接到電催化膜管和輔助電極上，所述電催化膜管的出水端與前述混合閥連接，并于電催化膜管與混合閥之間的管路上設(shè)置有一控制閥門(mén)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電催化膜廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述電催化膜管上下貫通滲透液槽，該電催化膜管的兩端伸出在滲透液槽的頂部和底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電催化膜廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述電催化膜管伸出在滲透液槽底部的一端為廢水出水端，該廢水出水端連接有廢水管，該廢水管上安裝有取樣控制閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電催化膜廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述滲透液槽的上端設(shè)有一滲透液出水口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電催化膜廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述輔助電極為金屬絲網(wǎng)。
6.一種電催化膜管，其特征在于包括一采用丙稀碳源氣體經(jīng)熱分解化學(xué)氣相沉積實(shí)現(xiàn)碳化導(dǎo)電的陶瓷膜管基材，該陶瓷膜管基材負(fù)載有實(shí)現(xiàn)廢水電催化氧化作用的催化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電催化膜管，其特征在于所述催化劑為貴金屬催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電催化膜管，其特征在于所述催化劑為鉬或鈀。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電催化膜管，其特征在于所述陶瓷膜管基材為Al2O3陶瓷膜管。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種電催化膜廢水處理系統(tǒng)，包括有機(jī)廢水池、直流穩(wěn)壓電源、輔助電極和滲透液槽，還包括混合閥和電催化膜管，該電催化膜管包括一采用丙稀碳源氣體經(jīng)熱分解化學(xué)氣相沉積實(shí)現(xiàn)碳化導(dǎo)電的陶瓷膜管基材，該陶瓷膜管基材負(fù)載有實(shí)現(xiàn)污水電催化氧化作用的催化劑；該電催化膜管安裝于滲透液槽中，該輔助電極圍繞在電催化膜管外并與電催化膜管保持有間距；所述有機(jī)廢水池的出水端通過(guò)泵與混合閥的進(jìn)水端連接，混合閥通過(guò)進(jìn)水管與電催化膜管連接，該直流穩(wěn)壓電源的正極和負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線分別連接到電催化膜管和輔助電極上，所述電催化膜管的出水端與前述混合閥連接，并于電催化膜管與混合閥間設(shè)置有一控制閥門(mén)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)難降解有機(jī)廢水的治理。
文檔編號(hào)C02F101/30GK202246183SQ20112031362
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者呂斯濠, 白云鶴, 范洪波 申請(qǐng)人:東莞理工學(xué)院