[发明专利]基于钛纤维复合电极的电化学膜过滤装置及其水处理方法

权利要求书

1.一种基于钛纤维复合电极的电化学膜过滤装置，其特征在于，包括：

腔体(1)，中空纤维膜(2)、钛纤维复合阳极(3)和钛纤维复合阴极(4)；

所述的中空纤维膜(2)安装于所述腔体(1)的中心，所述的钛纤维复合阳极(3)以螺旋状缠绕在所述中空纤维膜(2)的外壁上，所述的钛纤维复合阴极(4)以螺旋状贴合于所述中空纤维膜(2)的内壁上；所述中空纤维膜(2)的膜壁作为所述钛纤维复合阴极(4)和钛纤维复合阳极(3)之间的电极分隔材料，用于避免短路；

所述腔体(1)的侧壁上分别设置有进水口(5)和出水口(6)，用于通入和排出待过滤的水，所述中空纤维膜(2)的两端分别通过管路穿过所述腔体(1)的顶端和底端，使所述中空纤维膜(2)的内部直接与外部连通，用于作为产出水口(7)，将过滤后的水排出；

所述的进水口(5)和出水口(6)分别位于所述腔体(1)的侧壁的底端和顶端；

所述的钛纤维复合阳极(3)从内至外包括钛纤维基体、微纳构型Ti表层、金属氧化物催化层和超疏水涂层；

所述的钛纤维复合阴极(4)从内至外包括钛纤维基体、微纳构型Ti表层、金属氧化物催化层、导电涂层和超疏水涂层；

或所述的钛纤维复合阴极(4)从内至外包括钛纤维基体、微纳构型Ti表层、导电涂层和超疏水涂层；

或所述的钛纤维复合阴极(4)从内至外包括钛纤维基体、微纳构型Ti表层、金属氧化物催化层和超疏水涂层；

所述的钛纤维基体为Ti或Ti合金丝状纤维材料；所述的微纳构型Ti表层为在所述钛纤维基体上生长具有微米柱或微米坑形貌的Ti金属表层；

所述的金属氧化物催化层为在微纳构型Ti表层上负载Ti、Mn、Ce、Ni、Co、Cu、Zn、Fe、Sn、Sb、Pb、Ir、Ru中的任一种的氧化物；

或所述的金属氧化物催化层为在微纳构型Ti表层上负载Ti、Mn、Ce、Ni、Co、Cu、Zn、Fe、Sn、Sb、Pb、Ir、Ru中的两种或两种以上的复合氧化物；

所述的金属氧化物催化层为纳米线、纳米棒或纳米锥结构；

所述的中空纤维膜的材质为PAN、PVC、PES、PP、PS、PVDF、PTFE、无机陶瓷中的一种；

所述的钛纤维复合阳极(3)的直径范围为0.01mm～1mm，所述钛纤维复合阴极(4)的直径范围为0.01mm～1mm；

所述的超疏水涂层为聚四氟乙烯涂层或氟硅烷涂层；所述的导电涂层为石墨烯、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、富勒烯、掺杂氮、硫元素的石墨烯、掺杂氮、硫元素的氧化石墨烯、掺杂氮、硫元素的氧化还原石墨烯、掺杂氮、硫元素的富勒烯中的一种或多种组成。

2.一种应用权利要求1所述的基于钛纤维复合电极的电化学膜过滤装置的水处理方法，其特征在于，包括：

将钛纤维复合电极作为阳极和阴极，分别呈螺旋状缠绕在中空纤维膜(2)的外壁和内壁；

在一定操作压力下，将废水从进水口(5)通入腔体，从出水口(6)错流流出，废水从中空纤维膜(2)的外壁穿透膜体，进入中空纤维膜内，产水经过中空纤维膜(2)的内壁连通的出水口(7)排出；

过滤过程中，在钛纤维复合阳极和钛纤维复合阳极之间通过直流稳压电源施加恒定电流，通过电化学氧化作用去除中空纤维膜表面污染物，同时产生的气体用于保证中空纤维膜表面清洁；

还包括：

在反冲洗阶段：

将清水从产出水口(7)通入，通过中空纤维膜(2)进入腔体(1)内部，最终由进水口(5)和出水口(6)排出；

气水反冲洗阶段：

气水混合液从进水口(5)通入，与中空纤维膜(2)的膜丝充分接触，将中空纤维膜表面的杂质清除，清除后的脏水从出水口(6)错流排出。