[发明专利]基于三维电催化导电膜蒸馏的放射性废水处置系统

权利要求书

1.基于三维电催化导电膜蒸馏的放射性废水处置系统，其特征在于，包括管路依次连接的用于放置放射性废液的废液贮存池、用于将废液中的放射性元素与化学沉淀剂进行沉淀反应的沉淀池、用于对沉淀池预处理后的废液进行加热处理的膜蒸馏加热池、用于将废液中放射性元素絮凝沉淀排出及拦截金属离子和放射性物质的三维电催化导电膜蒸馏反应池、用于存储渗透液的清水池；还包括为沉淀池提供酸性条件的pH调节池；所述沉淀池、膜蒸馏加热池和三维电催化导电膜蒸馏反应池通过管道连接形成第一循环系统，第一循环系统的连接管道上设有第三污水泵、第四污水泵和第一循环泵；所述三维电催化导电膜蒸馏反应池的外壳内依次设有电催化氧化阳极、铁碳微电解填料和导电蒸馏膜，第四污水泵将膜蒸馏加热池内的热废液输送至三维电催化导电膜蒸馏反应池中，进一步拦截去除废液中的放射性元素和金属离子，自反应池热废液进水口输送至反应池热侧，并自反应池热废液回流口由第一循环泵回流至沉淀池；三维电催化电极的电催化氧化阳极和铁碳微电解填料对废液中的放射性元素进行催化氧化处理，使得废液中的放射性物质形成絮凝沉淀物而被蒸馏膜拦截，同时铁碳微电解填料对废液中的放射性元素进行吸附固化处理；所述三维电催化导电膜蒸馏反应池的渗透液出水经第二循环泵输送至冷凝器中进行降温冷凝处理，冷凝后的渗透液输送至清水池；所述冷凝器的温度控制在15±5℃；所述清水池内设有液位控制器，清水池内超出设定水位的洁净水经冷侧水泵输送至洁净水储存箱中贮存备用；所述清水池内设有出水水质在线监测系统，水质数据实时输送至计算机，根据出水水质在线监测系统的监测数据利用计算机控制三维电催化导电膜蒸馏反应池内铁碳微电解填料再生周期和导电蒸馏膜的膜清洗及膜更换频次；

所述导电蒸馏膜采用TiO₂/ CNTs蒸馏膜，TiO₂/ CNTs导电蒸馏膜的催化作用可实现膜面污染物的自清洁功能，TiO₂/ CNTs蒸馏膜的制备方法包括如下步骤：

步骤1，碳纳米管CNTs粉末预处理：称取40-50gCNTs粉末置于烧杯中并加入200-250mL去离子水，置于恒温水浴锅中100℃加热2-3h，置于室温环境下冷却并用去离子水反复冲洗以去除CNTs浆料中的杂质，利用真空泵抽滤浆料并获得纯净的CNTs粉末并置于马弗炉中200℃加热活化10-12h；

步骤2，制备纳米二氧化钛/碳纳米管催化剂材料：称取60-70g钛酸四丁酯和20-30gCNTs粉末并加入100-150mL无水乙醇混合，磁力搅拌50min形成混合溶液A；称取20mL无水乙醇、50mL去离子水及30mL浓硝酸混合，磁力搅拌50min形成混合溶液B；将B溶液缓慢逐滴加入A溶液中，静置3-6h形成凝胶状物质，置于烘箱120℃下干燥12h获得黑灰色粉末状颗粒物，采用研钵将颗粒物研磨成粉末，并置于马弗炉600℃下高温煅烧3h，即获得TiO₂/CNTs催化剂粉末；

步骤3，TiO₂/ CNTs蒸馏膜制备：称取30-40gTiO₂/ CNTs催化剂粉末加入200mL乙醇溶液中，充分混合后，加入3-4g碳纳米管分散剂；超声分散20-30min后，加入5%质量百分比的交联剂聚偏氟乙烯PVDF，置于65℃水浴环境中水浴搅拌1-2h，真空脱泡20-30min后即获得TiO₂/ CNTs催化剂浆料；将TiO₂/ CNTs催化剂涂层浆料转移至倒料器中，以聚四氟乙烯PTFE作为疏水基底膜，放置于涂膜机上，设置导电涂层厚度为200-400μm，借助涂膜机将TiO₂/CNTs催化剂涂层浆料均匀涂布于PTFE疏水表面，室温下静置固化25min后置于真空干燥箱内60-65℃干燥48h，即可制得TiO₂/ CNTs蒸馏膜。