一种钛基金属氧化物涂层过滤膜及其制备方法和应用、耦合反应器及处理污水的方法技术

本发明专利技术提供了一种钛基金属氧化物涂层过滤膜及其制备方法和应用、耦合反应器及处理污水的方法，属于环境保护技术领域。本发明专利技术以机械强度大的多孔钛基材作为基体，以热分解法制备金属氧化物中间层，提升PbO2层与基体间的结合紧密度，利用电沉积作用将β

【技术实现步骤摘要】
一种钛基金属氧化物涂层过滤膜及其制备方法和应用、耦合反应器及处理污水的方法


[0001]本专利技术涉及环境保护
，尤其涉及一种钛基金属氧化物涂层过滤膜及其制备方法和应用、耦合反应器及处理污水的方法。

技术介绍

[0002]饮用水源水中通常含有一定浓度的低分子量难降解有机污染物，如内分泌干扰物(Endocrine Disrupting Compounds，EDCs)等人为因素引入的污染物。虽然污水厂出水中检测到的EDCs浓度通常在μg/L甚至ng/L，但即便是微量的EDCs也具有极强的生殖毒性和神经毒性，其毒性可随食物链富集而放大，对下丘脑、海马体、大脑皮层等区域造成影响，进而导致细胞凋亡。传统污水处理厂的设计及相关处理设备并不能有效去除城市污水污泥中存在的EDCs，残留的EDCs会随污水后续处理环节进入环境，其活性代谢物也会随之持续污染环境。因此，寻找行之有效的EDCs处理技术尤为重要。
[0003]目前，常用的EDCs处理方法包括生物处理法、物理吸附法、膜过滤法、光催化法和臭氧氧化法等。然而，现有处理技术均受不同因素制约。如生物降解法降解效率受污染物浓度影响严重，而实际污水中EDCs浓度太低；物理吸附法仅能降低污染物浓度而非完全将其无害化降解，且吸附剂成本高、不具备选择性；膜过滤法并不能降低污染物毒性，过滤后产生的高浓度浓缩液需进一步处置；光催化法所使用的催化剂难以回收，臭氧氧化法稳定性较差。基于上述制约条件，以环境友好特性而备受关注的电催化氧化技术逐渐进入EDCs处理领域。电催化氧化作为一种典型的绿色、无污染处理技术，能产生非选择性、高氧化性的羟基自由基(HO
·
)，将持久性污染物转化为 CO2、H2O和其他危害较小的化合物，从而实现污染物的降解。该技术除具有突出的环境友好特性，极少产生二次污染外，在实际运行中还具有易于操作与维护、工艺条件温和、催化活性高以及易与其他技术联用等优点，因而成为高级氧化技术中最有可能实现大规模工业化应用的技术。
[0004]尽管电催化氧化技术能够有效降解EDCs，然而，当前以平板式阳极为核心的电化学反应器普遍面临能源消耗较大的问题，一定程度上限制了该技术的应用发展。承载电催化反应过程的电化学反应器以传质能力为首要因素，反应过程中通过直接、间接氧化两种方式与污染物接触进而完成降解转化。因此，传质能力的提升将有利于污染物的降解。受水利扩散层影响，阳极界面电子传递速度与污染物降解效率偏低，尤其是针对水中低分子量有机污染物，但若为保证降解效率采取增加反应时间、增强外加电场条件等措施，势必会增加能源消耗。
[0005]针对电催化氧化技术由传质引起的能源消耗过大问题，越来越多的耦合技术进入国内外研究学者的视线。电催化
‑
膜分离耦合技术作为一种相辅相承的组合工艺，能够充分发挥两种单元过程的技术优势，具有增强有机污染物定向传质能力、提高膜分离过滤效率和强化低分子量难降解有机物氧化去除的多重功能，在污水深度处理与回用领域具有良好的推广应用前景。目前，该技术已被证实针对水中难降解有机物具有较高的处理效率，现已
开发出碳纳米管膜(CNTs)、Ti4O7膜等膜电极，均能有效作用于石油化工废水、染料废水等含有高、中毒性难降解有机物的水体无害化处理中。然而，CNTs虽成本低廉，但其作为碳基膜稳定性较差，易在使用过程中氧化、脱落；Ti4O7膜机械强度虽高，但其制备成本高，工艺也较为复杂。因此，仍有必要制备一种新型电化学膜，兼具成本低廉、机械强度大、稳定性好，并且能够去除水中低分子量难降解有机物的特性，克服当前电化学膜材料的固有缺陷。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种钛基金属氧化物涂层过滤膜及其制备方法和应用、耦合反应器及处理污水的方法，所制备的钛基金属氧化物涂层过滤膜整体机械强度高、导电性好、稳定性强且制备成本低。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种钛基金属氧化物涂层过滤膜的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将柠檬酸、醇溶剂和金属阳离子氯化物混合，得到前驱体溶液；
[0010]将多孔钛基材浸渍于所述前驱体溶液中，依次循环进行干燥和煅烧，形成金属氧化物层，得到负载有金属氧化物中间层的多孔钛基膜电极；所述多孔钛基材的厚度为1mm，平均孔径为20μm；
[0011]将铅盐、铈盐、氟盐和酸溶液混合，得到沉积液；
[0012]将所述负载有金属氧化物中间层的多孔钛基膜电极在所述沉积液中进行电沉积，形成β
‑
PbO2表面层，得到钛基金属氧化物涂层过滤膜。
[0013]优选的，所述醇溶剂包括乙二醇；所述金属阳离子氯化物中金属阳离子包括Sn
4+
、Sb
3+
、Ir
2+
和Ru
2+
中的至少一种；所述柠檬酸与醇溶剂的摩尔比为 (2～20)：1，所述醇溶剂与金属阳离子氯化物中金属阳离子的摩尔比为 (1～5)：1。
[0014]优选的，每次干燥的温度独立为80～150℃，每次煅烧的温度独立为 400～550℃，时间独立为5～25min。
[0015]优选的，所述沉积液中，Pb
2+
浓度为50～300g/L，Ce
3+
浓度为0.1～2.0g/L， F
‑
浓度为0.1～2.0g/L；所述电沉积中，极板间距为0.5～5cm，电流密度为5～20 mA/cm2，沉积时间为5～90min。
[0016]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的钛基金属氧化物涂层过滤膜，包括依次层叠设置的钛基材、金属氧化物中间层和β
‑
PbO2表面层。
[0017]本专利技术提供了上述技术方案所述钛基金属氧化物涂层过滤膜作为低压膜在污水处理中的应用。
[0018]本专利技术提供了一种钛基金属氧化物涂层过滤膜耦合反应器，包括进水槽 1、反应池和外接电源7；所述反应池设置有阳极4和阴极5；所述阳极4为上述技术方案所述钛基金属氧化物涂层过滤膜，所述阳极4和阴极5通过导线外接电源7。
[0019]本专利技术提供了一种利用钛基金属氧化物涂层过滤膜耦合反应器处理污水的方法，包括以下步骤：
[0020]含污染物的进水自进水槽1吸入反应池，通过外加电源7施加电场于阳极4和阴极5，进行污染物降解，得到降解后出水。
[0021]优选的，所述进水槽1中钛基金属氧化物涂层过滤膜的运行通量为 400～2000L
·
m
‑2·
h
‑1，所述阳极4和阴极5的间距为0.5～5cm，所述外接电源 7所施加的外加电场电流密度为5～20mA/cm2。
[0022]优选的，所述含污染物的进水中还包括电解质溶液，所述电解质溶液中电解质包括硫酸钠和硫酸中的至少一种；所述电解质溶液的浓度为50 mmol/L。
[0023]本专利技术提供了一种钛基金属氧化物涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛基金属氧化物涂层过滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将柠檬酸、醇溶剂和金属阳离子氯化物混合，得到前驱体溶液；将多孔钛基材浸渍于所述前驱体溶液中，依次循环进行干燥和煅烧，形成金属氧化物中间层，得到负载有金属氧化物中间层的多孔钛基膜电极；所述多孔钛基材的厚度为1mm，平均孔径为20μm；将铅盐、铈盐、氟盐和酸溶液混合，得到沉积液；将所述负载有金属氧化物中间层的多孔钛基膜电极在所述沉积液中进行电沉积，形成β
‑
PbO2表面层，得到钛基金属氧化物涂层过滤膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述醇溶剂包括乙二醇；所述金属阳离子氯化物中金属阳离子包括Sn
4+
、Sb
3+
、Ir
2+
和Ru
2+
中的至少一种；所述柠檬酸与醇溶剂的摩尔比为(2～20)：1，所述醇溶剂与金属阳离子氯化物中金属阳离子的摩尔比为(1～5)：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，每次干燥的温度独立为80～150℃，每次煅烧的温度独立为400～550℃，时间独立为5～25min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉积液中，Pb
2+
浓度为50～300g/L，Ce
3+
浓度为0.1～2.0g/L，F
‑
浓度为0.1～2.0g/L；所述电沉积中，极...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑君健，魏嘉琪，蒋敏敏，张媛媛，韦巧艳，马金星，张杰，张星冉，张学洪，吴志超，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：