单面双极的电化学膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种单面双极的电化学膜及其制备方法和应用。电化学膜的制备方法包括以下步骤：a)提供基底膜；b)将依据阳极和阴极互补图案制备的模具贴合在基底膜的一侧表面；c)通过模具分别将阳极材料和阴极材料负载于基底膜的同一侧表面，得到由阳极和阴极形成的电极层。本发明专利技术电化学膜无需增设对电极，成品膜更换简单，且阴、阳两极间距近，可在相同电压下获得比现有双面双极电化学膜更高的电流密度，不影响膜过滤基本功能，降低反应所需能耗并加快反应速率，提高电化学过滤净水和抗污染效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
单面双极的电化学膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于膜
，具体涉及一种单面双极的电化学膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电化学与膜分离耦合技术增强了非均相电化学反应传质效率和膜分离效率，大幅提升了电化学反应速率和膜分离性能。新兴的电化学膜可作为一种穿流式电极膜，在过滤过程中的膜表面原位引发电化学氧化还原反应。电化学膜还具有抗有机和生物污染及自净除污功能。在通电条件下，电化学膜可排斥水中带同种电荷的离子、分子和颗粒；可生成氧化性自由基用于去除沉积在膜表面有机污染物和微生物膜；可电解水产微气泡用于膜清洗和自净，有效延长膜使用寿命。
[0003]目前，电化学膜包括单面单极和双极双面两类电化学膜：单面单极的电化学膜需要额外增设对电极，提高了膜组件设计难度，也没有充分发挥对电极的功能，降低了电化学膜的实用性；双极双面电化学膜可在膜两侧分别进行氧化和还原反应，阴阳极协同作用可提高电化学氧化还原反应效率，甚至提高电化学反应产物的选择性。但双面双极电化学膜两极间还存在一定厚度的基底膜材料，这层材料往往导电性差，增大了电子在膜阴、阳两面间传输距离，降低电流传导效率，造成高能耗。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种单面双极的电化学膜及其制备方法和应用，以解决现有的电化学膜水处理能耗成本高的技术问题。
[0005]本专利技术第一方面提供一种单面双极的电化学膜的制备方法。单面双极的电化学膜的制备方法包括以下步骤：
[0006]a)提供基底膜；
[0007]b)将依据阳极和阴极互补图案制备的模具贴合在基底膜的一侧表面；
[0008]c)通过模具分别将阳极材料和阴极材料负载于基底膜的同一侧表面，得到由阳极和阴极形成的电极层。
[0009]在本专利技术第一方面的前述任一实施方式中，基底膜为陶瓷膜、阳极氧化铝膜、聚四氟乙烯膜、聚酰胺膜或聚砜膜。
[0010]在本专利技术第一方面的前述任一实施方式中，阳极材料和阴极材料分别包括过渡金属和非金属中的一种或两种。
[0011]在本专利技术第一方面的前述任一实施方式中，电极层的厚度为50～200nm。
[0012]在本专利技术第一方面的前述任一实施方式中，阳极材料和阴极材料分别通过物理气相沉积法、真空抽滤法负载于基底膜上。
[0013]在本专利技术第一方面的前述任一实施方式中，物理气相沉积法采用磁控溅射，磁控溅射满足如下(1)～(4)中的一个或几个：
[0014](1)磁控溅射的靶体与基底膜的角度呈30～60度，距离为5～20cm；
[0015](2)磁控溅射的溅射室压力≤10
‑7Pa；
[0016](3)磁控溅射的施加偏压为40W～70W；
[0017](4)磁控溅射的沉积速率为1～10nm/min。
[0018]在本专利技术第一方面的前述任一实施方式中，步骤c)包括：
[0019]将碳纳米管分散于溶剂中，制备得到纳米碳管悬浮液；
[0020]将纳米碳管悬浮液通过真空过滤复合于基底膜的阳极区域或阴极区域；
[0021]通过真空过滤洗去膜表面的溶剂；
[0022]干燥得到阳极或阴极。
[0023]在本专利技术第一方面的前述任一实施方式中，纳米碳管悬浮液满足如下(1)～(3)中的一个或几个：
[0024](1)纳米碳管的外径为13～18cm，长度为1～12μm；
[0025](2)纳米碳管悬浮液的浓度为0.4～1mg/mL；
[0026](3)纳米碳管悬浮液经过10～20min超声处理得到。
[0027]本专利技术第二方面提供一种电化学膜。电化学膜包括基底膜和电极层，基底膜包括相背对设置的第一表面和第二表面；电极层包括间隔形成的阳极和阴极，且阳极和阴极均设置于基底膜的第一表面。
[0028]本专利技术第三方面提供一种电化学膜在废水处理或饮用水净化中的应用，电化学膜为如前述任一制备方法得到的电化学膜或前述电化学膜。
[0029]本专利技术通过将依据阳极和阴极互补图案制备的模具贴合在基底膜的一侧表面，采用该模具将阳极材料和阴极材料分别负载于基底膜的同一侧表面，制备得到单面双极电化学膜。单面双极电化学膜无需增设对电极，成品膜更换简单，且阴、阳两极间距近，可在相同电压下获得比现有双面双极电化学膜更高的电流密度，降低反应所需能耗并加快反应速率。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例1提供的电化学膜表面的阴、阳极涂层布置样式示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例1提供的电化学膜未喷涂区域(阳极和阴极之间的间隙)的扫描电镜图；
[0032]图3为本专利技术实施例1提供的电化学膜喷涂区域(阴、阳极)的扫描电镜图；
[0033]图4为本专利技术实施例1提供的电化学膜不同分区的电阻率测试图；
[0034]图5为本专利技术实施例1提供的电化学膜电过滤下对微污染物的降解效率图；
[0035]图6为本专利技术实施例2提供的电化学膜表面的阴、阳极涂层布置样式示意图；
[0036]图7为本专利技术实施例3提供的电化学膜表面的阴、阳极涂层布置样式示意图；
[0037]图8为本专利技术实施例4提供的电化学膜表面的阴、阳极涂层布置样式示意图；
[0038]图9为本专利技术实施例5提供的电化学膜表面的阴、阳极涂层布置样式示意图；
[0039]图10为本专利技术实施例6提供的电化学膜表面的阴、阳极涂层布置样式示意图；
[0040]图11为本专利技术实施例7提供的电化学膜表面的阴、阳极涂层布置样式示意图；
[0041]图12为本专利技术实施例8提供的电化学膜表面的阴、阳极涂层布置样式示意图；
[0042]图13为本专利技术实施例9提供的电化学膜表面的阴、阳极涂层布置样式示意图。
[0043]附图标号如下：阳极1，阴极2。
具体实施方式
[0044]为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。
[0045]为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
[0046]在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或者一个以上；“几个(种)”的含义是两个(种)以上；“以上”、“以下”为包括本数；术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单面双极的电化学膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)提供基底膜；b)将依据阳极和阴极互补图案制备的模具贴合在所述基底膜的一侧表面；c)通过所述模具分别将阳极材料和阴极材料负载于所述基底膜的同一侧表面，得到由阳极和阴极形成的电极层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基底膜为陶瓷膜、阳极氧化铝膜、聚四氟乙烯膜、聚酰胺膜或聚砜膜。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述阳极材料和阴极材料分别包括过渡金属和非金属中的一种或两种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电极层的厚度为50～200nm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述阳极材料和阴极材料分别通过物理气相沉积法、真空抽滤法负载于所述基底膜上。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述物理气象沉积法采用磁控溅射，所述磁控溅射满足如下(1)～(4)中的一个或几个：(1)所述磁控溅射的靶体与所述基底膜的角度呈30～60度，距离为5～20cm；(2)所述磁控溅射的溅射室压力≤10
‑7Pa；(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙猛，肖彭誉，曲久辉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：