本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電催化膜及其制備方法、廢水處理裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，家庭及工業(yè)廢水產(chǎn)量逐年增加，尤其工業(yè)廢水中含有大量的大分子有機(jī)物和重金屬離子，若隨意排放，不僅污染環(huán)境，而且廢水進(jìn)入地下水中循環(huán)，會(huì)反過(guò)來(lái)影響人類(lèi)的健康。近年來(lái)，廢水處理問(wèn)題已成為困擾社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題。
現(xiàn)有的廢水處理裝置只是簡(jiǎn)單地進(jìn)行固體回收處理以及電解處理，這樣的裝置不僅體積太大、不好裝卸，而且造價(jià)高、成本貴，處理效率低，也難以保養(yǎng)。
因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，急需改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電催化膜及其制備方法、廢水處理裝置。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種電催化膜的制備方法，包括以下步驟：
制備多孔鈦模型，置于酸性溶液中進(jìn)行預(yù)處理，洗凈，所述多孔鈦的長(zhǎng)度為400～700mm，寬度為230～350mm，厚度為3～5mm；
制備所述金屬的硝酸鹽溶液，所述金屬為Mg、Zn、Cu、Ag、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Sc、Y、鑭系金屬、Sn、Sb、Bi、In、Ga、Ge中的至少一種；
將洗凈后的多孔鈦置于所述硝酸鹽溶液中進(jìn)行超聲處理，干燥，獲得多孔鈦-硝酸鹽復(fù)合物；
將所述多孔鈦-硝酸鹽復(fù)合物置于保護(hù)氣體中焙燒，獲得電催化膜。
本發(fā)明還提供了一種電催化膜，采用上述所述的電催化膜的制備方法制成。
本發(fā)明還提供了一種廢水處理裝置，包括入水口、出水口，所述廢水處理裝置還包括互相連接的電催化膜和直流電源，所述電催化膜安裝于所述出水口上；所述電催化膜為上述所述的電催化膜。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明實(shí)施例提供的電催化膜為納米級(jí)的多孔鈦結(jié)構(gòu)，在其多孔鈦孔隙處填充金屬氧化物，由此獲得一種具有催化還原作用的新型主客體電催化膜，可以很好地將污水中大量難以分解的大分子有機(jī)污染物分解為簡(jiǎn)單有機(jī)物，重金屬離子轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì)和金屬氫氧化物沉淀，而且污染物去除率高，除污徹底、效率高。
本發(fā)明實(shí)施例提供的廢水處理裝置，包括上述提供的電催化膜，廢水在進(jìn)入出水口之前需先經(jīng)過(guò)所述電催化膜。在處理廢水的時(shí)候，納米級(jí)多孔鈦-金屬氧化物對(duì)廢水中的大分子有機(jī)物、重金屬離子進(jìn)行氧化還原分解，使之分別轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的小分子有機(jī)物、金屬單質(zhì)和金屬氫氧化物沉淀。此外，廢水處理裝置體積小、裝卸方便?？梢?jiàn)，利用納米氧化物/多孔鈦型復(fù)合納米級(jí)材料構(gòu)成廢水處理裝置，處理效率高，而且成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明第三實(shí)施例提供的廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明第一實(shí)施例提供了一種電催化膜的制備方法，包括以下步驟：
制備多孔鈦模型，置于酸性溶液中進(jìn)行預(yù)處理，洗凈，所述多孔鈦的長(zhǎng)度為400～700mm，寬度為230～350mm，厚度為3～5mm；
制備所述金屬的硝酸鹽溶液，所述金屬為Mg、Zn、Cu、Ag、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Sc、Y、鑭系金屬、Sn、Sb、Bi、In、Ga、Ge中的至少一種；
將洗凈后的多孔鈦置于所述硝酸鹽溶液中進(jìn)行超聲處理，干燥，獲得多孔鈦-硝酸鹽復(fù)合物；
將所述多孔鈦-硝酸鹽復(fù)合物置于保護(hù)氣體中焙燒，獲得電催化膜。
本發(fā)明第一實(shí)施例提供的電催化膜的制備方法，首先制備多孔鈦模型，所述多孔鈦為固定材料，固定納米級(jí)氧化物為所需要的形狀。然后將多孔鈦與金屬的硝酸鹽組合成多孔鈦-硝酸鹽復(fù)合物，再對(duì)多孔鈦-硝酸鹽復(fù)合物進(jìn)行焙燒獲得電催化膜。所述制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體地，所述制備多孔鈦模型包括：通過(guò)有機(jī)物和多孔鈦粘合成需要的模型，然后對(duì)模型進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，使有機(jī)物高溫分解，留下模型只有多孔鈦即可。
具體地，所述酸性溶液為草酸、磷酸、醋酸等弱酸，所述酸性溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-15％。
具體地，所述多孔鈦的孔隙為5～50μm。所述多孔鈦的孔隙率為25％～35％。所述電催化膜包括納米級(jí)多孔鈦和金屬氧化物，所述金屬氧化物填充于所述多孔鈦的孔隙中。
具體地，所述超聲處理的頻率為20KHz-500MHz，時(shí)間為0.3-0.5h。所述超聲處理是為了去除將復(fù)合物表面附著的酸堿等藥劑，通過(guò)超聲振蕩，更容易清洗干凈。所述焙燒的溫度為100-950℃，時(shí)間為3-5h。所述焙燒的的作用是將所述多孔鈦-硝酸鹽復(fù)合物中的硝酸鹽分解，生產(chǎn)金屬氧化物，從而獲得多孔鈦與金屬氧化物組成的電催化膜。
本發(fā)明第二實(shí)施例提供了一種電催化膜，采用上述所述的電催化膜的制備方法制成。
本發(fā)明第二實(shí)施例提供的電催化膜為納米級(jí)的多孔鈦結(jié)構(gòu)，在其多孔鈦孔隙處填充金屬氧化物，由此獲得一種具有催化還原作用的新型主客體電催化膜，所述電催化膜可以很好地將污水中大量難以分解的大分子有機(jī)污染物分解為小分子有機(jī)物、將重金屬離子轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì)和金屬氫氧化物沉淀，而且污染物去除率高，除污徹底、效率高。
具體地，所述電催化膜包括納米級(jí)多孔鈦和金屬氧化物，所述納米級(jí)多孔鈦具有孔隙，所述金屬氧化物填充于所述孔隙中。
具體地，多孔鈦材料有管材和板材兩大類(lèi)。所述多孔鈦的長(zhǎng)度為400～700mm，寬度為230～350mm，厚度為3～5mm。
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明第三實(shí)施例提供了一種廢水處理裝置100，包括入水口1、出水口2，廢水處理裝置100還包括互相連接的電催化膜3和直流電源4，電催化膜3安裝于出水口2上；電催化膜3為上述所述的電催化膜。
本發(fā)明第三實(shí)施例提供的廢水處理裝置100，包括上述提供的電催化膜，廢水在進(jìn)入出水口之前需先經(jīng)過(guò)所述電催化膜。在處理廢水的時(shí)候，納米級(jí)多孔鈦-金屬氧化物對(duì)廢水中的大分子有機(jī)物、重金屬離子進(jìn)行氧化還原分解，使之分別轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的小分子有機(jī)物、金屬單質(zhì)和金屬氫氧化物沉淀。此外，廢水處理裝置體積小、裝卸方便?？梢?jiàn)，利用納米氧化物/多孔鈦型復(fù)合納米級(jí)材料構(gòu)成廢水處理裝置，處理效率高，而且成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
具體地，直流電源4包括正極和負(fù)極，所述正極與電催化膜3連接，所述負(fù)極置于廢水中。廢水處理裝置100還包括用于收集廢水中固體雜質(zhì)的回收裝置5?；厥昭b置5不僅可以將廢水中原有的固體物質(zhì)進(jìn)行收集，防止原有的固體物質(zhì)堆積到電催化膜3表面而影響到電催化膜3的催化性能；而且可以將經(jīng)電催化膜3的電解處理產(chǎn)生的金屬單質(zhì)和金屬氫氧化物沉淀進(jìn)行收集，減輕廢水后續(xù)的處理效率。
廢水處理裝置100還包括用于將回收裝置5中回收的固體雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾的過(guò)濾裝置6，過(guò)濾裝置6與回收裝置5連接。過(guò)濾裝置6可將收集到的固體物質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾處理，進(jìn)而進(jìn)行后續(xù)處理。
廢水處理裝置100還包括用于將過(guò)濾裝置6進(jìn)行過(guò)濾處理后產(chǎn)生的固體物質(zhì)進(jìn)行壓濾處理的壓濾裝置7，壓濾裝置7可將固體物質(zhì)壓成濾餅，方便后續(xù)的回收利用。
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1多孔金屬鈦-金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料催化劑的制備
本實(shí)施例以CoOx/Ti為膜材料：
制備多孔鈦模型，將制備的多孔鈦模型置于草酸溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-15％)中預(yù)處理3-5h，用去離子水洗凈后，置于硝酸鈷溶液(30-50％)中浸漬0.5h，并超聲處理，然后室溫下晾干。
將涂覆好的膜置于管式爐中，在惰性氣體氣氛保護(hù)下焙燒至400℃，保持3-5h，得到多孔鈦/金屬氧化物電催化膜，即為CoOx/Ti膜。
經(jīng)測(cè)定，所得到的CoOx/Ti膜的孔隙率28％，孔徑大小為5.8μm；透過(guò)性能為70m3/m2·kpa·h。
所述透過(guò)性能的測(cè)試過(guò)程為：制作一個(gè)已知離子成分和濃度的溶液，將其放置在一個(gè)容器的一方，另一方為純水溶液，兩種液體之間用CoOx膜隔開(kāi)。每隔1h，測(cè)量一下純水溶液中的離子成分及濃度，由此獲得CoOx膜的透過(guò)性能。
實(shí)施例2
本實(shí)施例以ZnOx/Ti為膜材料：
制備多孔鈦模型，將制備的多孔鈦模型置于磷酸溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-15％)中預(yù)處理3-5h，用丙酮洗凈后，涂覆一層氧化鋅納米晶緩沖層，置于硝酸鋅和六亞甲基四胺溶液(30-50％)中水熱反應(yīng)30-48h，并伴隨超聲處理，所述反應(yīng)的溫度為120度，然后室溫下晾干。
將涂覆好的膜置于管式爐中，在惰性氣體氣氛保護(hù)下焙燒至750℃，保持3-5h，得到多孔鈦/金屬氧化物電催化膜，即為ZnOx/Ti膜。
經(jīng)測(cè)定，所得到的CoOx/Ti膜的孔隙率32％，孔徑大小為25μm，透過(guò)性能為120m3/m2·kpa·h。
所述透過(guò)性能的測(cè)試過(guò)程同實(shí)施例1。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。