[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

说明书

本发明提供了一种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，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)；中空纤维膜(2)安装于腔体(1)的中心，钛纤维复合阳极(3)以螺旋状缠绕在中空纤维膜(2)的外壁上，钛纤维复合阴极(4)以螺旋状贴合于中空纤维膜(2)的内壁上；中空纤维膜(2)的膜壁作为电极分隔材料，用于避免短路；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，中空纤维膜(2)的两端分别通过管路穿过腔体(1)的顶端和底端，使中空纤维膜(2)的内部直接与外部连通，本装置可以显著地降低成本，提升电极质量的利用率。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种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。

背景技术

近年来，电过滤技术在水处理技术领域中受到了广泛的重视。由于该技术将电化学与过滤技术充分耦合，尤其是充分利用过滤过程中的强制对流作用，将污染物持续传送到电极表面，显著降低了电极的传质受限问题，从而提升了电化学系统的电流效率和氧化效率。基于上述技术，开发了很多基于水处理膜基材的新型导电膜材料，其中主要是有是以碳材料为主要导电层的有机或无机膜材料。哈佛大学Vecitis等人开发了石墨烯+碳纳米管复合导电层的膜材料，国内外也有诸多研究团队采用真空抽滤法将碳纳米管或石墨烯涂层均匀涂覆在膜基体表面，也相继取得了诸多成果。但是由于碳材料具有析氧电位低，氧化性弱的特点，有学者在碳材料表面进一步负载具有高析氧电位的SnO₂-Sb等氧化剂，虽然氧化性得到了提升，但是碳基材料在高电位下仍然存在容易氧化和电极失效等问题。更为重要的是，现有的碳基导电层与膜基体在长时间运行下，仍然存在结构不稳定、易脱落和导电层失效等问题，对电过滤系统大规模长期稳定运行提出挑战。

除了在膜基体表面涂覆碳基导电材料外，也有学者采用直接将电化学组件与膜组件结合(CN201910118009.5，CN201710864744.1)，将电化学组件(电极板)放置在膜系统中或膜系统后，以强化膜系统的抗污染能力或者提升膜系统的除污性能。但是上述电极材料和膜材料属于相互独立的结构，电化学氧化作用对于膜表面氧化物的原位氧化去除以及膜过滤作用对电极表面的强化传质作用等潜力并没有得到有效的发挥。尤其是中空纤维膜，由于高通量和高面体比的特点，是家用水处理系统以及废水处理工程的首选膜构型。

因此，如何设计一款适用于中空纤维膜材料的电化学过滤系统，在不改变原有膜材料的前提下，将新型的电极材料(开放结构、传质优良、高面体比)并与中空纤维膜进行有效结合，实现对膜表面污染物的高效去除与膜污染的原位清洁，同时利用膜丝形成微化学反应器，实现高电流效率和低能耗，低成本以及可放大化制备，这对于电过滤技术的发展具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种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，以解决现有技术中存在的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于钛纤维复合电极的电化学膜过滤装置，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。

优选地，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。