CN106745552A - 利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置及其应用 - Google Patents

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胡勤政
王成燚
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Abstract

本发明公开了一种利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置及其应用，包括光照单元和膜电容去离子单元，光照单元包括导光光纤条和光纤光源器，膜电容去离子单元包括复合光催化纤维隔网、离子交换膜、纤维毡、石墨集流体和绝缘隔板。本发明提供的利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置，当膜电容去离子单元的处理效率降低至50%‑60%时，膜电容去离子单元停止运行，随后光照单元启动，导光光纤条发光以提供光照，在光照下复合光催化纤维隔网运行并催化分解附着于离子交换膜上的有机物，光照一段时间后，直接用清水清洗膜电容去离子单元，有效控制膜污染，提高膜电容去离子装置的运行效率，结构简单，可操作性强，具有很好的应用前景。

Description

利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置及其应用
技术领域
本发明属于电容去离子技术领域，具体涉及一种利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置及其应用。
背景技术
随着全球经济的飞速发展和人口的急剧增多，水资源短缺问题成为了全世界即将面临的紧要问题之一，但是对现有污染水源的治理净化是一个长期而缓慢的过程，因而越来越多的人将目光投向了海洋，对海水的脱盐淡化技术成为当前的热点技术之一，而膜电容去离子技术作为颇具前景的海水淡化技术受到广泛关注。
膜电容去离子技术是在电场的作用下，通过在电极和溶液之间形成双电层，极性分子或离子被储存在双电层中，并被离子交换膜截留住，当电极饱和后可以通过加上一层反向电场使电极再生。该技术能耗小、成本低、无需化学药剂，是一种既经济又有效的方法。但随着该技术的快速推广，也暴露出一些新的问题，如出现离子交换膜污染问题。随着膜电容的不断运行，吸附在阴阳离子交换膜上的有机物如藻酸钠、腐殖酸和蛋白质等会越聚越多，长此以往会导致离子交换膜堵塞，阻碍阴阳离子的透过，使得处理效率降低。通常做法是将膜电容去离子单元里的阴阳离子交换膜定期取出清洗或更换，但操作麻烦，费时费力，因此有必要寻求一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
为解决现有技术中出现的膜污染及后续处理繁琐的问题，本发明提供一种利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置，可以在膜电容去离子单元出现膜污染时，通过光催化技术将附着在离子交换膜表层的有机物催化分解，降低膜污染以提高膜电容去离子装置的整体性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置，包括光照单元和膜电容去离子单元，光照单元包括导光光纤条和光纤光源器，光纤光源器通过导光光纤条为膜电容去离子单元提供光照，膜电容去离子单元包括导光光纤条相对的两侧由内至外依次对称排布的复合光催化纤维隔网、离子交换膜、纤维毡、石墨集流体和绝缘隔板。
进一步的，所述纤维毡为活性炭、石墨纸、石墨烯或碳纳米管中的任意一种。
进一步的，所述复合光催化纤维隔网由纳米钨酸铋与高分子材料通过熔融纺丝复合而成，所述高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种的组合。
进一步的，所述导光光纤条为实心、侧边发光的塑料光纤，导光光纤条呈S型排布在其两侧的复合光催化纤维隔网之间。
进一步的，所述导光光纤条顶部连接光纤光源器，光纤光源器的功率为100-300W。
进一步的，用于处理微污染水。
进一步的，所述微污染水的污染物包括营养性污染物、病原微生物、重金属离子或无机污染物中的一种或多种的组合。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
a、本发明中使用的光催化纤维具有易清洗、能除臭杀菌及对人体无害等优点，有助于处理微污染水。
b、本发明将膜电容技术与光催化技术结合，利用光催化技术简单易行的操作，实现了对膜电容去离子装置的离子交换膜污染的可控处理，提高了膜电容去离子装置的处理效率，减少了不必要的繁琐操作。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明光照单元的正视图；
其中，1-绝缘隔板；2-石墨集流体；3-纤维毡；4-离子交换膜；5-复合光催化纤维隔网；6-导光光纤条；7-光纤光源器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
名词解释：
微污染水是指水源受到轻微污染，使水中部分物理、化学和微生物指标不能达到《地面水环境质量标准》中作为生活饮用水源水的水质要求，水体污染物单向指标如浊度、色度、臭味、硫化物、臭氧化物、有毒有害物质、病原微生物等有超标现象。
熔融纺丝法分为聚合法、共混纺丝法、皮芯复合纺丝法，采用后整理聚合技术使纤维具有变色性能。共混纺丝法是将变色聚合物与聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物熔融共混纺丝，或把变色化合物分散在能和抽丝高聚物混融的树脂载体中制成色母粒，再混入聚酯、聚丙烯、聚酰胺等聚合物中熔融纺丝。
如图1-2所示，一种利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置，包括光照单元和膜电容去离子单元，光照单元包括导光光纤条6和光纤光源器7，光纤光源器7通过导光光纤条6为膜电容去离子单元提供光照，膜电容去离子单元包括导光光纤条6相对的两侧由内至外依次对称排布的复合光催化纤维隔网5、离子交换膜4、纤维毡3、石墨集流体2和绝缘隔板1。本发明的导光光纤条6呈S型排布在其两侧的两个复合光催化纤维隔网5之间，S型排布具有更大的光照范围，用以提供充足的光照，但本发明不限定导光光纤条6在组装该装置前的形状。
纤维毡3为活性炭、石墨纸、石墨烯或碳纳米管中的任意一种。
现有的纳米钨酸铋主要以粉末的形式存在，纳米钨酸铋粉能与水充分接触，但回收难度大。本发明的复合光催化纤维隔网5是由将纳米钨酸铋与高分子材料复合形成，高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种的组合，钨酸铋具有可见光作用下的催化效能，通过熔融纺丝技术将纳米钨酸铋均匀分布在高分子材料中，实现光触媒技术在纺织品的应用，具有以下优点：
一、该复合光催化纤维隔网5采用了复合技术，以共混性熔融方式纺丝，使得其具有环保性及可重复利用的光催化效果；
二、该复合光催化纤维隔网5在光催化作用下具有强力分解臭源的效果，脱臭功能极强；
三、该复合光催化纤维隔网5在光催化作用下的，能够捕捉、杀除水中的浮游细菌，抑制病原体的传播。
本发明选用的复合光催化纤维隔网5具有防沾污、易清洗、能除臭杀菌及对人体无害等优点，完全适用于膜电容去离子技术。
传统膜电容去离子装置的离子交换膜上易富集有机污染物，导致离子交换膜污染，进而降低该装置的运行效率。本发明改良了传统膜电容去离子装置，导光光纤条6顶部连接光纤光源器7，光纤光源器7的功率为100-300W，导光光纤条6相对的两侧分别对称设置复合光催化纤维隔网5，当膜电容去离子单元的处理效率降低至50%-60%时，膜电容去离子单元停止运行，此时光照单元启动，光纤光源器7作为光源，导光光纤条6为实心、侧边发光的导电塑料光纤，将光纤光源器7的光传导到膜电容去离子单元中以提供光照，在光照的情况下复合光催化纤维隔网5运行并可催化降解附着于离子交换膜4上的有机物。光照时间40-120 min后，将清水通入膜电容去离子单元，清洗膜电容去离子单元，从而有效减少或避免离子交换膜4的污染，提高膜电容去离子装置的运行效率。
本发明用于处理微污染水，微污染水的污染物包括营养性污染物、病原微生物、重金属离子或无机污染物中的一种或多种的组合。本发明不限定具体的光照时间，在实施过程中依据离子交换膜4的清洗恢复程度而定。
实施例1
一种利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置，包括光照单元和膜电容去离子单元，光照单元包括导光光纤条6和光纤光源器7，光纤光源器7通过导光光纤条6为膜电容去离子单元提供光照，膜电容去离子单元包括导光光纤条6相对的两侧由内至外依次对称排布的复合光催化纤维隔网5、离子交换膜4、活性炭纤维毡3、石墨集流体2和绝缘隔板1，复合光催化纤维隔网5是由将纳米钨酸铋与聚乙烯通过熔融纺丝技术复合而成，导光光纤条6呈S型排布在其两侧的复合光催化纤维隔网5之间，导光光纤条6顶部连接光纤光源器7，光纤光源器7的功率为200W，导光光纤条6为导电的实心塑料光纤。
将本发明放置在微污染水中进行水淡化，水中污染物包括病原微生物和重金属离子，当膜电容去离子单元的处理效率降低至50%时，膜电容去离子单元停止运行，随后光照单元启动，光纤光源器7运行，导光光纤条6为实心、侧边发光的塑料光纤，将光纤光源器7的光传导到膜电容去离子单元中以提供光照，在光照的情况下复合光催化纤维隔网5开始催化降解附着于离子交换膜4上的有机物。光照时间60min后，直接将清水通入膜电容去离子单元，清洗膜电容去离子单元，去除离子交换膜4上的污染物。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置，其特征在于，包括光照单元和膜电容去离子单元，所述光照单元包括导光光纤条（6）和光纤光源器（7），光纤光源器（7）通过导光光纤条（6）为膜电容去离子单元提供光照，膜电容去离子单元包括导光光纤条（6）相对的两侧由内至外依次对称排布的复合光催化纤维隔网（5）、离子交换膜（4）、纤维毡（3）、石墨集流体（2）和绝缘隔板（1）。
2.根据权利要求1所述的利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置，其特征在于，所述纤维毡（3）为活性炭、石墨纸、石墨烯或碳纳米管中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置，其特征在于，所述复合光催化纤维隔网（5）由纳米钨酸铋与高分子材料通过熔融纺丝复合而成，所述高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置，其特征在于，所述导光光纤条（6）为实心、侧边发光的塑料光纤，导光光纤条（6）呈S型排布在其两侧的复合光催化纤维隔网（5）之间。
5.根据权利要求1所述的利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置，其特征在于，所述导光光纤条（6）顶部连接光纤光源器（7），光纤光源器（7）的功率为100-300W。
6.根据权利要求1-5任一所述的利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置的应用，其特征在于，用于处理微污染水。
7.根据权利要求6所述的利用复合光催化纤维隔网的膜电容去离子装置的应用，其特征在于，所述微污染水的污染物包括营养性污染物、病原微生物、重金属离子或无机污染物中的一种或多种的组合。
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