[发明专利]一种适用于处理浓盐水的电化学膜、制备方法及反应装置

说明书

本发明公开了一种适用于处理浓盐水的电化学膜、其制备方法及反应装置，其中，该电化学膜环管状多孔陶瓷膜，包括TiO₂制成的基体管和覆于基体管表面及孔隙的Ti₄O₇和Ti₂O₃基混晶。该电化学膜反应装置具有较好的羟基自由基激发活性和活性氯物质析出活性，还能够利用膜过滤方式强化电极表面的反应物传质，提高电化学氧化去除水中有机物效果，尤其是适合废水中含有较高浓度氯离子的废水。

技术领域

本发明属于水处理技术和环境功能材料领域。尤其涉及一种适用于处理浓盐水的电化学膜反应装置。

背景技术

煤化工浓盐水是典型的高浓度难降解有毒有害工业废水。其含盐量多在10000mg/L以上，COD多在200mg/L以上，水质复杂，处理困难。高浓度有机物使蒸发结晶运行困难、结晶盐品质差，难以资源化，结晶盐作为危废处理价格昂贵(约3000～400元/t)，蒸发结晶前非常有必要降低有机物浓度。

煤化工浓盐水可生化性差，常规方法难以有效去除其中的有机物。作为一种新兴的高级氧化技术，电化学氧化能有效降解水中难降解有机物。电生活性物质OH·、Cl·等的氧化作用使电化学氧化处理浓盐水具有较高的效率，但仍存在以下关键问题需要解决：目前，电化学氧化工艺的电极大多是平面电极，采用flow-by模式运行，极板表面的水利扩散边界层较厚，扩散限值使得污染物去除速率不可能太高。要想获得较高的COD去除率，需要采用大量平行放置的平面电极，提供足够大的表面积来去除污染物，这样不仅增加了成本，而且增大了场地面积。

缺乏成本低、OH·激发活性和析氯活性高、性质稳定的电极，对析氯活性的研究不充分，无法发挥浓盐水高含Cl·的特点，电化学氧化效率较低。

针对上述问题，本发明提出适用于处理浓盐水的电化学膜反应装置，该反应装置的环管状钛混晶多孔陶瓷膜采用flow-through模式运行，实现膜分离与电化学氧化复合。相对于flow-by模式，flow-through模式可利用对流强化污染物传质。该陶瓷膜是钛的多价态混合晶型材料，包括Ti4O7和Ti2O3。Ti4O7导电性能好，晶型稳定，化学稳定性高，耐腐蚀，是良好的导体，作为阳极可减小极板电势，节省能耗。Ti4O7晶体为每三层TiO2后一个TiO层，具有高OH·激发活性，掺杂Ti2O3，钛的混晶使电极还具有良好析氯活性，能充分利用浓盐水中的氯离子生成含氯强氧化性物质，因而提高了电化学氧化去除水中有机物的效率。

发明内容

为了解决电化学氧化工艺中由于传质限制和常用电极活性不高而导致有机物去除效率不高的问题，本发明提出了一种适用于处理浓盐水的电化学膜，其特征在于：其为环管状多孔陶瓷膜，包括TiO2制成的基体管和覆于基体管表面及孔隙的Ti4O7和Ti2O3基混晶。

进一步地，其特征在于：其长度为1～3m，壁厚3～6mm，孔隙率为60％～80％，比表面积4～6m2g-1。

本发明还提供一种制备上述所述电化学膜的方法，其特征在于：

先将TiO2陶瓷膜采用高温H2还原，制得具有电化学反应活性的亚氧化钛多孔陶瓷膜；然后将亚氧化钛陶瓷膜在高氯酸钠溶液中进行短时间的阴极化处理。

进一步地，其特征在于：上述高温H2还原TiO2陶瓷膜过程中，高温环境为900～1200℃，氢气流量为200～400mL min-1，还原时间为4～10h。

进一步地，其特征在于：上述阴极化处理过程中，高氯酸钠溶液的浓度为0.2-3mol/L，电流密度为0.5-8mA/cm2，处理时间为5-20min。

本发明还提供一种适用于处理浓盐水的电化学膜反应装置，其特征在于：该反应装置包括电化学膜反应器堆、进水装置、供电装置、出水装置，电化学膜反应器堆由多个反应性电化学膜反应器组成；