本发明专利技术公开了一种选择性去除污染物的电化学膜组件及其制备方法，属于膜分离技术领域。本发明专利技术通过浸涂法在Ti/SnO2‑Sb基底电极上涂覆分子印迹型TiO2溶胶‑凝胶后烧结得分子印迹型Ti/MI‑TiO2/SnO2‑Sb涂层电极，再用环氧树脂胶将该涂层电极贴合于陶瓷微滤膜得到Ti/MI‑TiO2/SnO2‑Sb分子印迹阳极复合导电膜，然后采用分子印迹阳极复合导电膜作为阳极，钛网作为阴极，得到了具有选择性去除污染物的电化学膜组件，该电化学膜组件可以实现电化学微滤膜与分子印迹技术的有效耦合，将该电化学膜组件用于膜反应器中并在连续流模式下操作运行时，不仅可以实现污水中悬浮颗粒和难降解有机物的去除，而且还能实现对某类难降解污染物的高选择性去除。
An electrochemical membrane module for selective removal of pollutants and its preparation
【技术实现步骤摘要】
一种选择性去除污染物的电化学膜组件及其制备方法
本专利技术涉及一种电化学膜组件及其制备方法，具体涉及一种选择性去除污染物的电化学膜组件及其制备方法，属于膜分离
技术介绍
随着药物、抗生素、抗菌剂等化合物的广泛应用，它们都将通过各种途径进入自然水体中。尽管这些新兴污染物的浓度较低(在ng～μg之间)，但是这些微污染物一般具有高毒性、难生物降解、致病甚至致畸性等特点。而这些高毒性的微污染物通常与一些低毒性、浓度极高的易生物降解有机物共同存在。电化学高级氧化法是一种新兴的污水处理技术，能有效去除污水中难降解污染物。通过外加电场，可以原位生成氧化剂物种(如羟基自由基、H2O2等)，从而降解水体中的难降解有机污染物。电化学与膜分离的耦合技术已经被大量证明能有效地去除难降解有机物。但由于电化学氧化技术产生的一般为无选择性的强氧化剂(如HO·等)，导致电化学膜分离技术难以做到选择性去除水体中某种或某类污染物。如何实现水体中某种或某类难降解有机物的优先去除是目前亟待研究和实践的重点。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种选择性去除污染物的电化学膜组件及其制备方法，该电化学膜组件可以实现电化学微滤膜与分子印迹技术的有效耦合，将该电化学膜组件用于膜反应器中并在连续流模式下操作运行时，不仅可以实现污水中悬浮颗粒和难降解有机物的去除，而且还能实现对某类难降解污染物的高选择性去除。为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：一种选择性去除污染物的电化学膜组件，包括膜框、分子印迹阳极复合膜、钛网，所述膜框上设有与膜框内腔相通的抽吸口，所述膜框内腔内设有钛网作为阴极，所述膜框外两侧均设有分子印迹阳极复合膜，分子印迹阳极复合膜包括Ti-SnO2-Sb基体电极和陶瓷微滤膜，其中，基体电极面对膜框内腔设置，基体电极上涂覆有分子印迹型TiO2溶胶-凝胶涂层。上述电化学膜组件的制备方法，步骤为：(1)将Ti-SnO2-Sb基体电极浸入分子印迹型TiO2溶胶-凝胶中，取出后灼烧得到表面涂覆有TiO2溶胶-凝胶涂层的涂层电极，然后采用环氧树脂将上述涂层电极贴合于陶瓷微滤膜表面即得分子印迹阳极复合膜；(2)将钛网作为阴极垂直置于膜框中，取步骤(1)所得两片分子印迹阳极复合膜正对阴极贴合于膜框外两侧，其中，基体电极面对膜框内腔设置。优选地，所述Ti-SnO2-Sb基体电极的制备方法为：配置Sn：Sb为9：1的溶胶-凝胶，然后将其涂覆在孔径为100μm，厚度为200μm的钛网上，烧结得到Ti/SnO2-Sb基底电极。优选地，所述分子印迹型TiO2溶胶-凝胶的制备方法为：将钛的烷氧化物和目标污染物加入到无水乙醇中，搅拌，得分子印迹前驱体溶液A，然后将水、无水乙醇和冰醋酸搅拌混合后得反应介质溶液B，最后在搅拌条件下将B滴加至A中，得分子印迹型TiO2溶胶-凝胶。优选地，所述钛的烷氧化物为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯和异丙醇钛中的任意一种。优选地，所述模板分子为2,4-二氯苯氧基乙酸、3,4-二氯苯氧基乙酸、2,3-二氯苯氧基乙酸、对氯苯酚中的任意一种。优选地，所述目标污染物：钛的烷氧化物：无水乙醇：冰醋酸：水的摩尔比为0.5：1：18：2：8。采用上述电化学膜组件的膜生物反应器，包括进水管、反应器壳体、电化学膜组件、电源、曝气系统和出水管；所述进水管一端置于反应器壳体内；所述电化学膜组件设于反应器壳体内，电化学膜组件的抽吸口与出水管相连，电化学膜组件中的钛网和分子印迹阳极复合膜分别通过导线与电源的负极和正极相连；所述曝气系统包括曝气管、气体流量计和曝气泵，曝气管位于电化学膜组件下方，气体流量计用于调节进气量；所述出水管上设有蠕动泵。优选地，所述电源为稳压直流电源，电源的电压范围为0.5～4V。上述膜生物反应器在污水处理上的应用。从以上描述可以看出，本专利技术具备以下优点：1.本专利技术通过浸涂法在Ti/SnO2-Sb基底电极上涂覆分子印迹型TiO2溶胶-凝胶后烧结得分子印迹型Ti/MI-TiO2/SnO2-Sb涂层电极，再用环氧树脂胶将该涂层电极贴合于陶瓷微滤膜得到Ti/MI-TiO2/SnO2-Sb分子印迹阳极复合导电膜，然后采用分子印迹阳极复合导电膜作为阳极，钛网作为阴极，得到了具有选择性去除污染物的电化学膜组件，实现了电化学微滤膜与分子印迹技术的有效耦合，方法简单，易于操作。2.本专利技术制得的选择性电化学膜组件在施加外加电场的连续流模式下操作运行时，阳极产生的羟基自由基能实现目标污染物的初步氧化，氧化中间产物可进一步被阴极表面产生的强氧化剂物质氧化降解，从而可以实现对难降解有机物的高效去除。其中，与印迹位点具有相同大小、空间结构和官能团的目标污染物会优先吸附在Ti/MI-TiO2/SnO2-Sb分子印迹涂层电极表面被优先降解。此外，分子印迹位点的引入还可以降低TiO2中能量带隙的宽度，加快价带上的电子向导带跃迁，促进羟基自由基等氧化性物质的生成，有效提高强氧化剂物质的产量，提高对水体中难降解有机物的去除效率。3.本专利技术制得的选择性电化学膜组件均内置于陶瓷微滤膜中，陶瓷微滤膜能够有效拦截反应器中的颗粒、胶体以及大分子污染物，避免阴阳极受到污染。4.本专利技术膜反应器通过设置曝气系统，利用曝气扰动使反应器内水混合均匀及利用气泡对陶瓷微滤膜表面的冲刷作用可以有效减少分子印迹阳极复合膜的膜孔堵塞，减缓膜污染，延长电化学膜组件的使用寿命。5.本专利技术膜反应器通过将稳压直流电源的电压范围设置在0.5～4V，在连续流模式下运行时，较低的外加电场对微生物没有副作用，可以结合生物处理法对实际污水进行处理，提高对水体的处理效果。6.采用本专利技术膜反应器对污水进行处理，无化学添加，不会造成二次污染。附图说明图1为本专利技术电化学膜组件的制备流程示意图；图2为本专利技术膜反应器的结构示意图；附图标记：10.进水管20.反应器壳体30.电化学膜组件31.膜框32.分子印迹阳极复合膜321.Ti-SnO2-Sb基体电极322.陶瓷微滤膜323.TiO2溶胶-凝胶涂层33.钛网40.电源50.曝气系统51.曝气管52.气体流量计53.曝气泵60.出水管61.蠕动泵62.压力计63.流量计具体实施方式下面通过实施例子，进一步阐述本专利技术的特点，但不对本专利技术的权利要求做任何限定。实施例1：一种选择性去除污染物的电化学膜组件，包括膜框、分子印迹阳极复合膜、钛网，所述膜框上设有与膜框内腔相通的抽吸口，所述膜框内腔内设有钛网作为阴极，所述膜框外两侧均设有分子印迹阳极复合膜，分子印迹阳极复合膜包括Ti-SnO2-Sb基体电极和陶瓷微滤膜，其中，基体电极面对膜框内腔设置，基体电极上涂覆有分子印迹型TiO2溶胶-凝胶涂层。上述选择性去除污染物的电化学膜组件的制备方法，如图1所示，步骤为：(1)Ti-SnO2-Sb基体电极的制备：根据文献[Zheng,J.；Wang,Z.；Ma,J.；Xu,S.；Wu,Z.Developmentofanelectrochemicalceramicmembranefiltrationsystemforefficientcontaminantremovalfromwaters.Environ.Sci.Technol.2018,52,(7),4117-4126.]配置Sn：S本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种选择性去除污染物的电化学膜组件，其特征在于，包括膜框、分子印迹阳极复合膜、钛网，所述膜框上设有与膜框内腔相通的抽吸口，所述膜框内腔内设有钛网作为阴极，所述膜框外两侧均设有分子印迹阳极复合膜，分子印迹阳极复合膜包括Ti‑SnO2‑Sb基体电极和陶瓷微滤膜，其中，基体电极面对膜框内腔设置，基体电极上涂覆有分子印迹型TiO2溶胶‑凝胶涂层。
【技术特征摘要】
1.一种选择性去除污染物的电化学膜组件，其特征在于，包括膜框、分子印迹阳极复合膜、钛网，所述膜框上设有与膜框内腔相通的抽吸口，所述膜框内腔内设有钛网作为阴极，所述膜框外两侧均设有分子印迹阳极复合膜，分子印迹阳极复合膜包括Ti-SnO2-Sb基体电极和陶瓷微滤膜，其中，基体电极面对膜框内腔设置，基体电极上涂覆有分子印迹型TiO2溶胶-凝胶涂层。2.如权利要求1所述的电化学膜组件的制备方法，其特征在于，步骤为：(1)将Ti-SnO2-Sb基体电极浸入分子印迹型TiO2溶胶-凝胶中，取出后灼烧得到表面涂覆有TiO2溶胶-凝胶涂层的涂层电极，然后采用环氧树脂将上述涂层电极贴合于陶瓷微滤膜表面即得分子印迹阳极复合膜；(2)将钛网作为阴极垂直置于膜框中，取步骤(1)所得两片分子印迹阳极复合膜正对阴极贴合于膜框外两侧，其中，基体电极面对膜框内腔设置。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述Ti-SnO2-Sb基体电极的制备方法为：配置Sn：Sb为9：1的溶胶-凝胶，然后将其涂覆在孔径为100μm，厚度为200μm的钛网上，烧结得到Ti/SnO2-Sb基底电极。4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述分子印迹型TiO2溶胶-凝胶的制备方法为：将钛的烷氧化物和目标污染物加入到无水乙醇中，搅拌，得...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志伟，陈妹，吴志超，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
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