一种膜反应器制造技术

本发明专利技术提供了一种膜反应器，包括电解槽、C/Al

A membrane reactor

The invention provides a membrane reactor, which comprises an electrolytic cell and C / Al

【技术实现步骤摘要】
一种膜反应器
本专利技术属于膜过滤
，具体涉及一种膜反应器。
技术介绍
膜过滤在过去几十年里已经引起了废水净化的注意，因为它可以截留许多种类的污染物，不需要额外的化学品和相对较低的能源消耗。但在膜过滤的应用过程中，通常会出现两个问题。一种是膜污染，它是由浓度极化和孔堵塞引起的。另一种是，膜很难去除比膜孔小的污染物。特别是一些具有持久性的有毒有机分子，将威胁到生态系统。制备孔径小于有毒有机分子的膜是一种选择，但它会引起通量的下降和较高的操作成本。此外，一些有机污染物很容易吸附在膜表面，通过正常的清洗程序很难从膜中分离出来。在报道的电化学膜过滤系统中，功能化膜作为阳极或阴极。例如，PVDF(聚偏氟乙烯)/钢网膜阴极电导性欠佳，石墨烯和碳纳米管被用作修饰膜的功能材料，价格昂贵。因此，有必要开发一种新型、成本低膜设备和方法，既能增强膜的抗污能力，又能去除比孔小的有毒有机分子。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种膜反应器，该膜反应器中C/Al2O3陶瓷膜通过成本低的碳黑沉积到了氧化铝陶瓷管的孔隙中，形成碳黑涂层，得到的C/Al2O3陶瓷膜的孔径较小，更有利于去除小分子的污染物，并且成本低，操作简单；膜反应器以C/Al2O3陶瓷膜作为阴极，石墨管作为阳极，同时接通臭氧发生器，臭氧发生器以O2为前驱气体，产生O3和O2混合气体的喷射到阴极C/Al2O3陶瓷膜上，在阴极的C/Al2O3陶瓷膜上释放的过量的O2原位转化为H2O2，然后O3偶联H2O2，分解得到高反应性的·OH，·OH具有强氧化能力，可以无选择性地分解污染物和比膜孔小的有毒有机分子，也可以降解清除堵塞住膜的有机污染物，并且臭氧发生器喷射的混合气体能够起到冲洗C/Al2O3陶瓷膜的作用，使C/Al2O3陶瓷膜焕然一新，该膜反应器能够在处理小于膜孔的污染物方面性能优异，能够迅速降解污染物，降低膜污染，去除小于膜孔的污染物，同时膜反应器中C/Al2O3陶瓷膜的孔径小，有利于废水净化，臭氧发生器喷射的混合气体还能够起到冲洗C/Al2O3陶瓷膜的作用，防止膜堵塞，降低膜孔的污染物积累，实现膜孔的清洁，保证膜反应器过滤的效率。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种膜反应器，包括电解槽、置于电解槽内的C/Al2O3陶瓷膜和置于电解槽内的石墨管，所述石墨管套设在所述C/Al2O3陶瓷膜的外侧，电源的负极连接所述C/Al2O3陶瓷膜的外壁，电源的正极连接所述石墨管的外壁；所述C/Al2O3陶瓷膜为外壁具有碳黑涂层的氧化铝陶瓷管；所述C/Al2O3陶瓷膜的一端封口设置在所述电解槽的底部，所述C/Al2O3陶瓷膜的另一端开口，出水管的一端通过所述C/Al2O3陶瓷膜的开口端伸入所述C/Al2O3陶瓷膜的腔内，出水管的另一端连接蠕动泵，臭氧发生器通过管道通入所述石墨管和所述C/Al2O3陶瓷膜形成的腔内，所述管道的出气口紧贴所述C/Al2O3陶瓷膜的外壁；进水管的一端插入所述电解槽中，进水管的另一端与进水泵连接。优选地，所述石墨管上均匀开设有直径为5mm的圆孔，相邻圆孔的间距为10mm。优选地，所述石墨管的内径为50mm，外径为58mm；所述C/Al2O3陶瓷膜的内径为10mm，外径为16mm。优选地，所述C/Al2O3陶瓷膜的制备方法为：S1、将碳黑分散到酸化液中，在温度为80℃的条件下混合搅拌6h后，将酸化后的碳黑用纯净水冲洗至pH值为7后，在温度为100℃的条件下烘干，得到待用碳黑；S2、将S1中得到的待用碳黑加入到N,N-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈混合液中，搅拌混合均匀，得到涂膜液；所述N,N-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈混合液中聚丙烯腈的质量分数为0.05％；S3、将氧化铝陶瓷管在温度为90℃的氢氧化钠水溶液中浸泡洗涤1h后，然后在温度为98℃的盐酸水溶液中浸泡洗涤2h，再用纯净水冲洗至pH值为7后，依次用乙醇冲洗3～5次，用N,N-二甲基甲酰胺冲洗3～5次后，自然晾干，得到待用氧化铝陶瓷管；所述氧化铝陶瓷管的一端封闭，另一端开口；S4、将S3中得到的待用氧化铝陶瓷管的外壁涂覆S2中得到的涂膜液，然后在温度为100℃的条件下烘干后，得到C@N,N-二甲基甲酰胺/氧化铝陶瓷管；S5、将S4中得到的C@N,N-二甲基甲酰胺/氧化铝陶瓷管在温度为250℃的管式炉中，在空气氛围中氧化处理3h，然后在氩气氛围中以5℃/min的升温速率加热至1000℃，保温2h后，在氩气氛围中自然冷却降温至400℃后，在空气氛围中自然冷却至室温，在氧化铝陶瓷管的外壁形成碳黑涂层，得到半成品的C/Al2O3陶瓷膜；S6、将S5中所述半成品C/Al2O3陶瓷膜重复S4和S5中的操作步骤1次～2次，最终得到成品的C/Al2O3陶瓷膜，使成品的C/Al2O3陶瓷膜的碳黑涂层的平均厚度为50μm～80μm。优选地，S1中所述碳黑的粒径为30nm。优选地，S1中所述酸化液为体积比为3:1的硫酸溶液和硝酸溶液的混合液；所述硫酸溶液的质量分数为98％；所述硝酸溶液的质量分数为68％。优选地，S1中所述碳黑和酸化液的用量比为1g:80mL。优选地，S3中所述氢氧化钠水溶液的质量分数为5％。优选地，S3中所述盐酸水溶液的质量分数为10％。优选地，S6中所述成品的C/Al2O3陶瓷膜的碳黑涂层的平均孔径为100nm。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的膜反应器中C/Al2O3陶瓷膜通过碳黑沉积到了氧化铝陶瓷管的孔隙中，形成碳黑涂层，使得C/Al2O3陶瓷膜的孔径较低，更有利于去除小分子的污染物，并且成本低，操作简单。2、本专利技术的膜反应器以C/Al2O3陶瓷膜作为阴极，石墨管作为阳极，同时接通臭氧发生器，臭氧发生器以O2为前驱气体，产生O3和O2混合气体的喷射到阴极C/Al2O3陶瓷膜上，在阴极的C/Al2O3陶瓷膜上释放的过量的O2原位转化为H2O2，然后O3偶联H2O2，分解得到高反应性的·OH，·OH具有强氧化能力，可以无选择性地分解污染物和比膜孔小的有毒有机分子，也可以降解清除堵塞膜的有机污染物，并且臭氧发生器喷射的混合气体能够起到冲洗C/Al2O3陶瓷膜的作用，使C/Al2O3陶瓷膜焕然一新，本专利技术的膜反应器能够在处理小于膜孔的污染物方面性能优异，能够迅速降解污染物，降低膜污染，去除小于膜孔的污染物，同时膜反应器中C/Al2O3陶瓷膜的孔径小，有利于废水净化，臭氧发生器喷射的混合气体还能够起到冲洗C/Al2O3陶瓷膜的作用，防止膜堵塞，降低膜孔污染，实现膜孔的清洁，保证膜反应器过滤的效率，碳膜的负载提高了Al2O3陶瓷管的电导性。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术的膜反应器结构示意图。图2是本专利技术实施例1制备的C/Al2O3陶瓷膜横截面的扫描电子显微镜谱图。图3是本专利技术实施例1制备的C/Al2O3陶瓷膜表面的扫描电子显微镜谱图。图4是本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膜反应器，其特征在于，包括电解槽(1)、置于电解槽(1)内的C/Al

【技术特征摘要】
1.一种膜反应器，其特征在于，包括电解槽(1)、置于电解槽(1)内的C/Al2O3陶瓷膜(2)和置于电解槽(1)内的石墨管(3)，所述石墨管(3)套设在所述C/Al2O3陶瓷膜(2)的外侧，电源(4)的负极连接所述C/Al2O3陶瓷膜(2)的外壁，电源(4)的正极连接所述石墨管(3)的外壁；所述C/Al2O3陶瓷膜(2)为外壁具有碳黑涂层的氧化铝陶瓷管；所述C/Al2O3陶瓷膜(2)的一端封口设置在所述电解槽(1)的底部，所述C/Al2O3陶瓷膜(2)的另一端开口，出水管(5)的一端通过所述C/Al2O3陶瓷膜(2)的开口端伸入所述C/Al2O3陶瓷膜(2)的腔内，出水管(5)的另一端连接蠕动泵(6)，臭氧发生器(7)通过管道通入所述石墨管(3)和所述C/Al2O3陶瓷膜(2)形成的腔内，所述管道的出气口紧贴所述C/Al2O3陶瓷膜(2)的外壁；进水管(8)的一端插入所述电解槽(1)中，进水管(8)的另一端与进水泵(9)连接。


2.根据权利要求1所述的一种膜反应器，其特征在于，所述石墨管(3)上均匀开设有直径为5mm的圆孔，相邻圆孔的间距为10mm。


3.根据权利要求1所述的一种膜反应器，其特征在于，所述石墨管(3)的内径为50mm，外径为58mm；所述C/Al2O3陶瓷膜(2)的内径为10mm，外径为16mm。


4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种膜反应器，其特征在于所述，所述C/Al2O3陶瓷膜(2)的制备方法为：
S1、将碳黑分散到酸化液中，在温度为80℃的条件下混合搅拌6h后，将酸化后的碳黑用纯净水冲洗至pH值为7后，在温度为100℃的条件下烘干，得到待用碳黑；
S2、将S1中得到的待用碳黑加入到N,N-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈混合液中，搅拌混合均匀，得到涂膜液；所述N,N-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈混合液中聚丙烯腈的质量分数为0.05％；
S3、将氧化铝陶瓷管在温度为90℃的氢氧化钠水...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓琼芳，牛军峰，李衍亮，唐少宇，张帆，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44