專利名稱：一種多孔鈦膜光電催化廢水反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明使用不同孔徑的多孔鈦膜管，先經(jīng)過(guò)表面刻蝕，然后使用熱分解法在多孔鈦膜管上負(fù)載不同的電極活性氧化物，得到不同性能的多孔鈦膜管電極，最后使用溶膠凝膠法或PECVD法在鈦膜管電極的外表面負(fù)載一層TiO2，燒結(jié)，使TiO2層與鈦膜管電極的結(jié)合力更好。
背景技術(shù)：
金屬膜由于其機(jī)械強(qiáng)度高、膜通量高、熱傳導(dǎo)性能好，容易密封成構(gòu)件，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在很多低壓過(guò)濾設(shè)備中已得到了應(yīng)用。電化學(xué)氧化法用電子作為反應(yīng)物，只需添加少量或不添加化學(xué)試劑，在常溫常壓下就可以運(yùn)行，能量利用效率高，是一種清潔、安全、有效地污水處理方法。鈦膜具有多孔道，大的比表面積，將具有電催化活性的金屬氧化物負(fù)載在多孔鈦膜上制成的電極，可以減少設(shè)備體積、節(jié)約空間。同時(shí)在制成多孔鈦膜電極的外表面負(fù)載一層TiO2,由于TiO2具有光催化作用，可以分解沉積在多孔鈦膜表面的油污等污染物，減少多孔鈦膜的堵塞，增加使用壽命，減少過(guò)濾操作成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單，操作方便、性能穩(wěn)定的多孔鈦膜管廢水處理裝置。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)的:將經(jīng)過(guò)草酸刻蝕處理的多孔鈦膜管多次浸潰在有活性物質(zhì)的溶膠-凝膠溶液中，多次提拉和多次加熱氧化分解，在多孔鈦膜表面沉積一層具有電催化功能的活性氧化物涂層，接著可以使用PECVD法或刷涂TiO2溶膠-凝膠等方法，在多孔鈦膜管的外表面負(fù)載一層TiO2，最后得到具有光電催化功能的多孔鈦膜管電極。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，多孔鈦膜電極反應(yīng)裝置包括:`
1.一個(gè)流量可控的循環(huán)水泵；2.一端帶有半球形封頭的不銹鋼管，另一端帶有法蘭或者是下端密封并且?guī)в羞M(jìn)水口的透明玻璃管，陰極用鈦絲；3.蓄水槽一個(gè)；4.可調(diào)電源。具體步驟如下:(I)金屬鈦膜管的刻蝕處理:金屬多孔鈦膜管分別用洗潔精、乙醇、去離子水超聲洗滌除去表面油污，然后用濃度為5 20被％的草酸在40 150°C下恒溫刻蝕60 180min，用去離子水沖洗干凈，烘干備用；(2)浸潰提拉:首先配制含有Sn、Sb和Ce的溶膠-凝膠溶液(其摩爾比為100: X: Y)或者配制含有Sn、Ru、Sb的溶膠-凝膠溶液(其摩爾比為100: X: Y)，然后將刻蝕處理過(guò)的多孔鈦膜管浸泡在溶液中5min，慢慢提拉出來(lái)后在紅外烘箱中烘干，重復(fù)3次，然后在馬弗爐中在350 500°C下燒結(jié)。接著再進(jìn)行浸潰提拉、烘干、燒結(jié)，重復(fù)若干次，最后得到電極。最后一次浸潰提拉、烘干后，多孔鈦膜電極在馬弗爐中500°C下燒結(jié)120min ；(3)在多孔鈦膜電極上負(fù)載TiO2 (可以分為3種方法):PECVD法:用四異丙基鈦酸酯TIPT (Ti [OCH (CH3) 2]4)作為沉積TiO2層的原始材料，O2作為載氣和反應(yīng)氣，TiO2薄膜樣品制備是在PECVD反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的，在多孔鈦膜管外表面沉積TiO2層，沉積過(guò)程結(jié)束后，在馬弗爐中500°C燒結(jié)60min ；刷涂溶膠-凝膠法:采用鈦酸四丁酯(或者是異丙醇鈦，或者是四氯化鈦)等為鈦源，用乙醇(或者是異丙醇，或者是正丁醇)等為溶劑，加入適量的HNO3制得均勻透明的溶膠，然后用刷子將溶膠-凝膠刷涂到多孔鈦膜管電極外表面，刷涂一層，烘干一次，如是重復(fù)三次后，在馬弗爐中500°C燒結(jié)30min，再涂刷，烘干若干次，最后一次在馬弗爐中500°C燒結(jié)60min。


圖1是 制作的多孔鈦膜管反應(yīng)器示意圖:(1)廢水進(jìn)口 ；(2)電解后的廢水出口 ；(3)陽(yáng)極接線；(4)法蘭密封；(5)陰極接線；(6)載有活性氧化物的多孔鈦莫；(7)帶有封頭的不銹鋼陰極圖2是制作的電化學(xué)降解廢水反應(yīng)裝置示意圖:(1)水槽；⑵循環(huán)水泵；(3)反應(yīng)器；(4)可調(diào)電源圖3是制作的光電催化降解廢水反應(yīng)裝置示意圖:(1)水槽；(2)可調(diào)電源；(3)循環(huán)水泵；(4)轉(zhuǎn)子流量計(jì)；(5)光電鈦膜管反應(yīng)器圖4(a)和附圖4(b)是實(shí)施例1制備的多孔鈦膜電化學(xué)降解IOppm的甲基橙和IOppm的亞甲基藍(lán)的降解曲線。圖5(a)和附圖5(b)是實(shí)施例2制備的多孔鈦膜光電催化降解IOppm的甲基橙和IOppm的亞甲基藍(lán)的降解曲線。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，其目的僅在于更好的理解本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不受所舉之例的限制。實(shí)施實(shí)例I(I)將外徑為30mm,厚度為2.5mm,長(zhǎng)度為125 450mm,孔徑為5 100 μ m的多孔鈦膜管在草酸在100°C下刻蝕120min，取出后在去離子水中超聲清洗，在紅外烘箱中烘干，備用；(2)使用浸潰提拉法和涂層熱分解法制備錫銻涂層電極。以正丁醇為溶劑，配制Sn: Sb: Ce = 100: 10: 3(摩爾比)的電極涂層溶液A。將經(jīng)過(guò)刻蝕處理的多孔鈦膜管浸泡在溶液A中3 4min，慢慢提拉出來(lái)，在紅外烘箱中烘干，重復(fù)3次。接著將烘干后的多孔鈦膜管第一次在N2氣氛下350°C燒結(jié)60min。取出后接著進(jìn)行浸潰提拉，每重復(fù)3次，在馬弗爐中350°C燒結(jié)60min，總共浸潰提拉12 18次，最后一次在500°C下燒結(jié)120min ；實(shí)施實(shí)例2(1)將外徑為30mm,厚度為2.5mm,長(zhǎng)度為125 450mm,孔徑為5 100 μ m的多孔鈦膜管在草酸在100°C下刻蝕120min，取出后在去離子水中超聲清洗，在紅外烘箱中烘干，備用；(2)使用浸潰提拉法和涂層熱分解法制備錫銻涂層電極。以正丁醇為溶劑，配制Ru: Sn = 6: 5(摩爾比)的電極涂層溶液A。將經(jīng)過(guò)刻蝕處理的多孔鈦膜管浸泡在溶液A中3 4min，慢慢提拉出來(lái)，在紅外烘箱中烘干，重復(fù)3次。接著將烘干后的多孔鈦膜管第一次在N2氣氛下350°C燒結(jié)60min。取出后接著進(jìn)行浸潰提拉，每重復(fù)3次，在馬弗爐中350°C燒結(jié)60min，總共浸潰提拉10 12次，最后一次在500°C下燒結(jié)120min ；(3)研究采用易揮發(fā)粉末狀的四異丙基鈦酸脂TIPT(Ti
4)作為沉積TiO2層原始材料，純度為97%，沸點(diǎn)為232°C。由于TIPT的易揮發(fā)特性，TIPT在進(jìn)入反應(yīng)室前，必先預(yù)加熱，而且必須采用別的氣體進(jìn)行TIPT的輸送。當(dāng)TIPT被加熱到大約55°C的時(shí)候，作為運(yùn)輸氣體的O2就填充到TIPT的加熱箱中，TIPT被氧氣輸送到反應(yīng)室內(nèi)，進(jìn)行反應(yīng)，最后在多孔鈦膜管的外表面沉積一層TiO2，氣體的流量可以通過(guò)流量計(jì)測(cè)量所得。將負(fù)載TiO2的電極在500°C下燒60min。從圖4(a)和圖4(b)可以看出，支持電解液濃度相同時(shí)，5min多，質(zhì)量濃度分別為IOppm的甲基橙和亞甲基藍(lán)的色度脫除率都接近100%。因此可以看出制備出的電極對(duì)甲基橙和亞甲基藍(lán)有很好的降解效果。從圖5(a)和圖5(b)可以看出，支持電解液濃度相同時(shí)，4min多，質(zhì)量濃度分別為IOppm的甲基橙和亞甲基藍(lán)的色度脫除率都接近100%。同時(shí)與圖4(a)和圖5(a)相比，從圖4(b)和圖5(b)中可以看出:在相同條件下，負(fù)載有TiO2的電極降解相同質(zhì)量濃度的亞甲基藍(lán)和甲基橙比沒(méi)有TiO2的電極所需時(shí)間短，在處理相同濃度的亞甲基藍(lán)和甲基橙時(shí)耗電量小 。因此進(jìn)行大規(guī)模降解廢水時(shí)，光電降解廢水要比單獨(dú)的電降解廢水更加具有優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一種多孔鈦膜光電催化廢水反應(yīng)裝置，它包括(I)水槽、(2)循環(huán)水泵、(3)流量計(jì)、(4)多孔鈦膜管反應(yīng)器、(5)反應(yīng)器可調(diào)直流電源、(6)恒流泵可調(diào)電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電催化廢水反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的陽(yáng)極管可以為孔徑范圍在4 10 μ m的多孔鈦膜管，壁厚為2.5 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述多孔鈦膜管陽(yáng)極負(fù)載的活性氧化物為Pb02、SnO2,RuO2, IrO2,Sb2O5, TiO2, Cr2O3或?yàn)榻饘傺趸锏膹?fù)合電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述光電催化廢水處理多孔鈦膜管反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的光電陽(yáng)極負(fù)載的光催化材料為對(duì)紫外光(UV)或?qū)梢?jiàn)光響應(yīng)的光催化劑,光催化材料可以是商業(yè)上的TiO2 (P25)，自制、摻雜改性的Ti02(金屬離子摻雜、表面貴金屬沉積、半導(dǎo)體復(fù)合、非金屬摻雜、金屬-非金屬共摻雜和TiO2光催化)或其它的半導(dǎo)體光催化劑，其形貌可以為粉狀，棒狀，管狀，球狀中的任意一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和權(quán)利要求4所述光電催化廢水處理多孔鈦膜管反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的多孔鈦膜管陽(yáng)極負(fù)載的活性氧化物的方法為溶膠-凝膠熱分解法、電鍍法、CVD法，所述的光催化劑的負(fù)載方法為TiO2溶膠-凝膠熱分解法或PECVD法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述電化學(xué)處理 廢水多孔鈦膜管反應(yīng)器，其特征在于，制備好的多孔鈦膜管固定在不導(dǎo)電的聚四氟乙烯或樹(shù)脂等材料做成的法蘭蓋上，鈦膜管的出水口上帶有陽(yáng)極接線，法蘭與一端帶有密封頭的不銹鋼管連接(密封頭帶有進(jìn)水口)，不銹鋼管外壁上帶有陰極接線，法蘭蓋和法蘭之間用O型密封圈密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述光電催化廢水處理多孔鈦膜管反應(yīng)裝置，其特征在于，裝置在運(yùn)行時(shí)由下端流向上端的廢水時(shí)，經(jīng)過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的反應(yīng)器，同時(shí)進(jìn)行了多孔鈦膜過(guò)濾、電催化和表面光催化三重技術(shù)處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用鈦膜管制備電極的方法，以多孔鈦膜為基底，首先對(duì)鈦膜進(jìn)行刻蝕，使它的表面更加粗糙，然后在不同的溶液中浸漬提拉，烘干，燒結(jié)，得到性能不同的電極，最后制出電化學(xué)廢水處理裝置和光電化學(xué)處理廢水裝置。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，操作方便，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，制得的鈦膜電極性質(zhì)穩(wěn)定，表面物質(zhì)不易脫落，在光電處理有機(jī)廢水方面有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F1/30GK103159299SQ20131009126
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者周幸福, 李海鋒, 魏昀 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)