CN112010395A - 一种复合电化学电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合电化学电极及其制备方法，该复合电极包括电极基体、与电极基体表面尺寸相匹配的、叠合在电极基体表面的、与电极基体固定连接成一体的金属丝网修饰层。本发明的复合电化学电极的制备方法是将金属丝网叠合在电极基体中空管状陶瓷膜的外表面，制备工艺操作简单，工艺条件容易控制，制备的复合电极的基体与外层的修饰复合金属丝网层结合牢固，不易脱落，复合电极的使用寿命长，具有良好的导电性能、膜过滤性能，可实现对废水中油类、酸性物质和难降解有机污染物的高效去除，具有重要的实用价值。

Description

一种复合电化学电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电极及其制备方法，特别涉及一种化学修饰的复合电化学电极及其制备方法，属于电化学技术领域。
背景技术
近年来，电化学作为一种能效高、二次污染产生量小的绿色环保处理技术，在水处理、废气处理和环境监测检测等领域中的应用越来越广泛。在水处理领域，常用的电极有金属电极、碳材料电极、气体电极、难溶盐电极、膜电极，以及在上述电极基础上发展而来的化学修饰电极和多重电极。其中，化学修饰电极将某些活性基团、催化物质等附着在电极表面上，使之具有更强的处理效能。现有化学修饰金属电极通常采用铁、铝、钛等金属作为基体，之后把具有抗腐蚀功能和催化性能的贵金属钌、铱、锌、锂等贵金属等涂敷修饰在基体电极表面。然而，涂敷在电极基体上面的修饰贵金属与基体结合不牢、容易脱落，严重影响了电极的去除效能。
陶瓷属于良好的绝缘材料，不导电，无机陶瓷膜是一种良好的膜过滤材料，近些年发展尤为迅速，已广泛应用于化工、工业废水和废气的净化处理。但是随着无机陶瓷膜的运行周期增加，陶瓷膜污染的现象越发频繁和严重，尤其是针对特定行业废水，如焦化、乳化液等含油废水，极易发生膜孔堵塞、膜污染的情况，降低了膜的使用寿命，加大了维护成本。目前研究的热点逐渐转移到膜表面修饰方面。根据最新的科研成果显示，膜过滤过程在电场作用下可有效的减轻膜污染，因此，有学者为了既能充分发挥陶瓷膜的膜过滤性能，又能让其导电，大都采用导电的钛、铁等金属粉体作为陶瓷膜的原料进行烧制的方法，或者采用将导电修饰材料向陶瓷膜表面进行涂敷的方法，以使过滤膜可以导电，然而上诉方法由于加工成本复杂，陶瓷膜烧结过程中膜孔径难于控制，所制产品要么导电性能较差、要么过滤性能较差，实际应用效果均不理想。
发明内容
本发明的目的是针对现有水处理用化学修饰电化学电极存在的缺点与不足，提供一种复合电化学电极及其制备方法，本发明方法制备的复合电化学电极中的化学修饰层与电极基体结合牢固，不易脱落，复合电极的导电性能高，显著延长了复合电化学电极的使用寿命，提高了电极的处理效率，提高了水处理的效能。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种复合电化学电极，包括电极基体和与基体表面尺寸相匹配的、叠合在电极基体表面的，与电极基体固定成一体的修饰层，其中，所述修饰层为金属丝网层。
其中，所述金属丝网包裹并层叠在电极基体的表面。
特别是，所述金属丝网包裹并层叠在电极基体的外表面。
其中，所述电极基体选择陶瓷膜，优选为由氧化铝、碳化硅或氧化钛制成的陶瓷膜，进一步优选为由氧化铝(α-Al2O3)制成的陶瓷膜。
特别是，所述电极基体为管状陶瓷膜或外压式平板陶瓷膜，优选为中空管状陶瓷膜，
尤其是，所述电极基体选择外径为10-50mm；管长为30-2000mm；壁厚为2-8mm的中空管状陶瓷膜。
特别是，所述电极基体选择外径为30mm；管长为1200mm；壁厚为4mm的中空管状陶瓷膜。
特别是，所述陶瓷膜的孔径为30-100nm，优选为50nm。
尤其是，所述中空管状陶瓷膜的一端封闭，另一端开放。陶瓷膜开放一端形成膜过滤后水液的流出口。
电极基体为中空管式无机陶瓷膜(α-Al2O3，掺杂少量的ZrO2)，是现有市面上应用效果最好且烧制工艺最为成熟的一类无机膜(不导电)，而修饰层金属丝网主要将中空管式陶瓷膜包裹，类似陶瓷膜的“外衣”，主要目的是导电用。其机理简述如下：
氧化铝陶瓷膜烧结性能好，无机不导电、处理工业废水(尤其是粘度较高的废水，例如高含油废水、有机物含量高的废水)的时候膜污染现象比较严重，而如前所述，电场作用下可减缓膜污染、减少膜清洗、从而增长使用寿命等，本发明主要将金属丝网包裹在陶瓷膜外、通过连接电源，金属丝网作为导电材料，间接地可使陶瓷膜外形成电场，在范德华力、静电斥力等作用下，减少膜污染的发生。掺杂氧化锆的陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷领域。陶瓷膜中加入ZrO2的目的是增加无机膜的强度和韧性。
无机的中空管式或外压式平板陶瓷膜，主要材料为氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)等均适用本发明，电极基体陶瓷膜的作用是过滤，而金属丝网包裹在陶瓷膜的外侧的目的是形成电场，减轻膜污染。
所述陶瓷微滤膜为由α-Al2O3和ZrO2材料制备而成，其中Al2O3和ZrO2的摩尔配比为(80～90)：(10-20)，优选为85：15。
尤其是，所述陶瓷膜为管状或平板陶瓷膜，优选为中空管状陶瓷膜。
金属丝网包裹在电极基体中空陶瓷膜的外表面，就如同是给陶瓷膜做外衣，在整个电场系统中作为阴极(连接电源负极)，起导电作用，进而起到膜污染减缓的目的。
本发明主要针对中空管式的无机氧化铝陶瓷膜，其他尺寸的陶瓷膜可以应用本发明，但是综合考虑电耗、处理效果成本，本发明所述的外径30mm和长度1200mm综合效果最佳。
其中，所述金属丝网采用金属丝编织而成，其中，所述的金属丝选择可导电的金属制成的丝。
特别是，所述金属丝选择为铁丝、不锈钢丝、铝丝或铜丝中的一种。
尤其是，所述金属丝网选择不锈钢丝编织而成。
特别是，所述不锈钢丝为铁系、镍系或铬镍(Cr-Ni)系不锈钢丝，优选为Cr-Ni系不锈钢金属丝。
尤其是，所述金属丝网选择Cr-Ni系不锈钢钢丝编织而成，优选为选择304不锈钢钢丝编织而成。
特别是，所述金属丝的直径为0.1-0.6mm，优选为0.3mm。
其中，所述金属丝网的网孔为1-100目，优选为10-20目，进一步优选为20目。
特别是，所述金属丝网为平纹编织网，斜纹编织网，席型编织网，优选为平纹编织网。
尤其是，所述金属丝网为方孔平纹编织网、方孔斜纹编织网、菱形孔扭织网、六角形孔扭织网。
本发明具体实施方式中的金属丝网以304不锈钢网为例进行说明，平织，20目，304不锈钢网的不锈钢钢丝的丝径为0.3mm。
特别是，还包括固定连接在电极基体一端的抽水导管，所述抽水导管与电极基体固定连接呈一体。
尤其是，所述抽水导管与电极基体中空陶瓷膜开放一端固定连接成一体。
其中，所述抽水导管尺寸大小与中空陶瓷膜的内径相匹配。
特别是，所述抽水导管的外径与中空陶瓷膜的内径相匹配。
尤其是，所述抽水导管以粘接、焊接或镶嵌等固定连接方式与中空陶瓷膜的一端固定连接呈一体。
特别是，所述抽水导管选择PVC或橡胶软管，优选为PVC软管。
特别是，所述抽水导管包括连接呈一体的圆台状连接部和导水软管部，其中圆台状连接部的下底面的外径与中空陶瓷膜的内径尺寸相匹配，连接部的上底面的内径和外径与导水软管的内径、外径相匹配。
本发明另一方面提供一种复合电化学电极的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：
1)对中空陶瓷膜依次进行碱液浸泡处理、乙醇清洗处理，制得预处理陶瓷膜；
2)对金属丝网进行裁剪、打磨处理，去除金属丝网表面的锈迹、杂质，制得预处理金属丝网块；
3)将预处理金属丝网块包裹在经预处理后的陶瓷膜的外表面上，并将金属丝网块焊接成金属丝网圆筒，并且金属丝网圆筒叠合并固定在中空陶瓷膜的外表面，制成丝网-陶瓷膜复合体；
4)将丝网-陶瓷膜复合体的一端封闭，另一端与抽水导管固定连接呈一体，即得。
其中，步骤1)中所述碱液浸泡处理包括将中空管状陶瓷膜浸泡于质量百分比浓度为10-15％的碱液中，浸泡处理10-20h。
特别是，所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化钙溶液中的一种，优选为氢氧化钠溶液。
尤其是，所述NaOH碱液的质量百分百浓度优选为10％；NaOH碱液浸泡时间优选为16h。
特别是，还包括将碱液浸泡处理后的陶瓷膜采用清水进行冲洗，直至清洗液呈中性为止。
其中，所述乙醇清洗处理包括将陶瓷膜置于体积百分比浓度为20-30％的乙醇溶液中，浸泡10-20h。
特别是，所述乙醇溶液的体积百分百浓度为25％；乙醇浸泡时间为16h。
其中，步骤2)中所述裁剪是将金属丝网裁剪成尺寸大小与中空陶瓷膜外表面尺寸相匹配的长方形或正方形金属丝网块。
特别是，所述金属丝网块的高度与中空管状陶瓷膜的高度相匹配，通常金属丝网块的高度大于陶瓷膜高度8-12cm(优选为10cm)；其长度与陶瓷膜的外周长相匹配，通常金属丝网块的长度大于陶瓷膜外周长2-4cm(优选为3cm)。
因为金属丝网需要焊接成圆桶状，机械加工时会产生损耗。因此，金属丝网的高度和长度均打出一定余量。最终，金属丝网圆筒衬夹的高度和陶瓷膜齐平，圆周以恰恰包裹住陶瓷膜为准。
其中，步骤3)中所述焊接成的金属丝网圆筒的内径与陶瓷膜的外径相匹配。焊接材料后金属丝网圆筒的高度与电极基体中空陶瓷膜的高度相一致。金属丝网圆筒的底面的圆周包裹住陶瓷膜的外圆周。
特别是，采用夹钳夹住预处理金属丝网，通过电焊，焊接成所述的金属丝网圆筒。
夹钳夹住预处理金属丝网，并使得金属丝网夹紧预处理陶瓷膜，即金属丝网紧箍在陶瓷膜的外表面上，然后焊接，金属丝网圆筒叠合并固定在陶瓷膜外壁上，外套式的金属丝网衬夹自然套住衬里(预处理陶瓷膜)而不脱落为止。
采用夹钳加紧即可使得外层的金属丝网不位移、不脱落；而现有技术是采用金属粉体对陶瓷膜表面进行涂覆作业，所以容易脱落。
其中，步骤4)中所述抽水导管以粘接、焊接或镶嵌等固定连接方式与中空陶瓷膜的一端固定连接呈一体，优选为粘接方式固定。
特别是，所述抽水导管尺寸大小与中空陶瓷膜的内径相匹配。
特别是，所述抽水导管的外径与中空陶瓷膜的内径相一致。
尤其是，所述抽水导管选择PVC或橡胶软管，优选为PVC软管。
特别是，粘接处理过程中使用的粘接剂选择PVC专用胶水(采购自广东想联化工有限公司)。
特别是，采用焊接方式用不锈钢片将丝网-陶瓷膜复合体的一端封闭。
除了采用焊接方式将丝网-陶瓷膜复合体的一端封闭之外，其他方式例如粘、铆接等方式均适用于本发明，也可以采用其他硬质材料将丝网-陶瓷膜复合体的一端封堵。
本发明的复合电极具有以下优点和积极意义：
本发明制备复合电化学电极采用不锈钢材料制成的金属丝网的价格低廉，是最常用的电极材料，导电性良好；陶瓷膜是一种优良的膜过滤材料，在高含油、难降解有机废水等领域应用较广。
采用本发明方法制备的复合电化学电极的支撑基体与外层的修饰复合层金属丝网结合牢固，修饰复合层不易脱落，延长了复合电极的使用寿命，提高了复合电极的使用效能。
本发明方法制备的复合电化学电极对水中的污染物进行深度处理，极大地提高了水中污染物的去除效能，且绿色环保，无二次污染产生，采用本发明方法制备的复合电化学电极处理含油污水，对水中油类的去除率达到95％以上；采用本发明方法制备的复合电化学电极处理含难降解有机物的污水，对难降解有机物的去除效率高，处理后的废水达到排放标准。
本发明方法制备的复合电化学电极创造性地采用导电的金属丝网和不导电的陶瓷膜耦合在一起，使得本发明的复合电化学电极既可以导电有具有过滤性能，既可最大限度地发挥金属丝网的导电性能，又可保持陶瓷膜的膜过滤性能。
陶瓷膜表面包裹金属丝网，通电后可形成电场；防止膜污染；陶瓷膜过滤，截留污染物、净化后的净水过滤到中空陶瓷膜的内部，然后从抽水管道排出。
本发明方法制备的复合电化学电极在使用过程中，通电后，在电场作用下，可有效降低陶瓷膜污染，膜清洗周期延长了一倍以上，解决了传统陶瓷膜材料的清洗频繁、维护周期长、成本大等问题，具有过滤精度高、处理效果更好、清洗再生便捷等优点。
本发明的电化学陶瓷膜电极处理效果“更好”主要表现为：相比修饰改性前的陶瓷膜使用，本发明实在电场作用下完成，电场作用下会发生一系列电化学作用，降解污染物，随后在过滤抽吸作用下进一步净化水质，所以效果更好。
本发明方法制备的复合电化学陶瓷膜电极，既可作为阳极使用，也可作为阴极使用，可实现对水中油类和难降解有机污染物的同时去除，具有很高的经济价值。
本发明的复合电化学电极克服现有的化学修饰电极的上述缺点，采用金属丝网套装复合在陶瓷膜表面，生成衬夹式的复合电化学电极的一种方法，既可使电极材料导电，又能充分发挥陶瓷膜的膜过滤性能，具有一次性投资和运行费用低，处理效能高，工艺实现简单，全过程绿色环保等特点。
附图说明
图1为本发明复合电化学电极的立体结构示意图；
图1A为本发明另一实施方式的复合电化学电极立体结构示意图；
图2为本发明复合电化学电极的剖视结构示意图；
图2A为本发明另一实施方式的复合电化学电极的剖视结构示意图；
图3为本发明复合电化学电极制备流程图。
附图标记说明
1、金属丝网；2、陶瓷膜；3、丝网-陶瓷膜复合体；4、复合电化学电极；5、抽水导管；51、圆台状连接部；52、导水软管部。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
本发明具体实施方式中的制备复合电化学电极的支撑体以中空管状的无机陶瓷膜为例进行说明，其他管状或其他任何形状的中空的陶瓷膜均适用于本发明复合电化学电极的支撑基体；复合电化学电极的表面的复合修饰层选用304不锈钢网为例进行说明，其他由导电金属制成的丝编织成的金属丝网，例如铁丝、铝丝、铜丝等编织的丝网均适用于本发明复合电化学电极的修饰复合层。
如图1、2所示，本发明的复合电化学电极4，包括电极基体中空陶瓷膜2、与基体外表面尺寸相匹配的、包裹并层叠在电极基体表面的、与电极基体固定在一起的金属丝网修饰层1，和固定安装在中空陶瓷膜一端的抽水导管5，其中中空陶瓷膜的另一端封闭。
电极基体为中空管状陶瓷膜，其一端封闭，另一端与抽水导管固定连接，形成水液经陶瓷膜过滤后的净水流动通道。陶瓷膜为由氧化铝(α-Al2O3)、和掺杂少量的氧化锆(ZrO2)制成，氧化锆与氧化铝的配比为15：85(通常为(10-20)：(80～90)。本领域中的陶瓷膜均适于用作本发明的电极基体，本发明的电极基体还可以是氧化铝、碳化硅或氧化钛等烧制成的中空陶瓷膜。
中空管状陶瓷膜的外径为10-50mm，优选为30mm；管长为30-2000mm，优选为1200mm；壁厚为2-8mm，优选为4mm；陶瓷膜的膜孔径为30-100nm，优选为50nm。
修饰层金属丝网采用可导电的金属制成的丝线编织而成，其中金属丝为304不锈钢钢丝，其他金属丝，如铁丝、不锈钢丝、铝丝、铜丝等均适于用来编织本发明的金属丝网。
金属丝网的金属丝的直径为0.3mm(通常为0.1-0.6mm)；金属丝网的网孔为1-100目，优选为10-20目，进一步优选为20目。金属丝网为平纹编织网，其他斜纹编织网、席型编织网均适用于本发明。
抽水导管的尺寸大小与中空陶瓷膜的内径相匹配，抽水导管的外径与中空管状陶瓷膜的内径尺寸相匹配；抽水导管以粘接、焊接或镶嵌等固定连接方式与中空陶瓷膜的一端固定连接呈一体，抽水导管与中空陶瓷膜形成陶瓷膜过滤后的净水流动通道。抽水管道通常选择PVC管，其他如橡胶软管等也适用于本发明。
本发明具体实施方式中的中空管状的无机陶瓷膜购自安泰科技股份有限公司，以外径为30mm，壁厚为4mm，长度为1200mm，耐压强度：1.0MPa，膜孔径为50nm；适用pH值：0～14，适用温度：-10℃～150℃的陶瓷膜为例进行说明，其他尺寸中空管状陶瓷膜均适用于本发明。抽水导管的外径为26mm。
本发明抽水导管还可以是如图1A、2A所示结构，抽水导管还包括连接呈一体的圆台状连接部51和导水软管52，连接部的下底面的外径与中空陶瓷膜的内径尺寸相匹配，连接部的上底面的内径和外径与导水软管的内径、外径相匹配；
圆台状连接部的下底面的外径为26mm。
本发明具体实施方式中的复合修饰层以304不锈钢网(购自安泰科技股份有限公司)为例进行说明，304不锈钢钢丝平织，20目，304不锈钢钢丝的丝径为0.3mm。
实施例1制备复合电化学电极
如图3，为本发明复合电化学电极的制备流程图。
1、陶瓷膜的预处理
1A、将中空陶瓷膜置于碱液中，浸泡16h(通常为10-20h)，对陶瓷膜进行碱洗处理，去除丝网表面油污和氧化铁屑，其中所述碱液选择质量百分比为10％(通常为10-15％)的NaOH溶液，然后取出，并用清水冲洗至清洗液呈中性；
本发明实施例中碱液以氢氧化钠溶液为例进行说明，其他碱液如氢氧化钾、氢氧化钙溶液均适用于本发明。
1B、将碱洗处理后的陶瓷膜浸泡于体积百分百浓度为25％的乙醇溶液(通常乙醇溶液的浓度为20-30％)中，浸泡处理16h(通常为10-20h)，对陶瓷膜进行乙醇清洗处理，乙醇浸泡防止金属生锈；然后取出，晾干，制得预处理陶瓷膜，备用。
2、金属丝网的预处理
2A、将用作复合修饰层的304不锈钢网(即金属丝网)裁剪，制成与尺寸与陶瓷膜外表面尺寸相匹配的金属丝网长方形或正方形块，裁剪的金属丝网块的高度与中空管状陶瓷膜的高度相匹配，其长度与陶瓷膜的外周长相匹配；
通常因为在后续金属丝网在机械加工焊接过程中有损耗、磨损，因此，金属丝网的高度和长度均打出一定余量。最终，金属丝网圆筒衬夹的高度和陶瓷膜齐平，圆周以恰恰包裹住陶瓷膜为准。
金属丝网块的高度大于陶瓷膜高度10cm，即金属丝网块的高度与中空管状陶瓷膜的轴向高度之差为10cm(通常为8-12cm)；金属丝网块的长度大于陶瓷膜外周长3cm(通常为2-4cm)；
2B、对裁剪的金属丝网块进行打磨处理，去除表面的锈迹、杂质，制得预处理金属丝网，备用；
3、包裹、固定处理
以预处理金属丝网作为外侧的夹层材料，预处理陶瓷膜作为内侧衬里材料，将预处理金属丝网块包裹在经预处理后的陶瓷膜的外表面上，将金属丝网块焊接成金属丝网圆筒，并且金属丝网圆筒叠合并固定在中空陶瓷膜的外表面，制成丝网-陶瓷膜复合体；焊接成的金属丝网圆筒的内径与陶瓷膜的外径相匹配；高度与陶瓷膜轴向高度相一致，高出部分裁剪掉即可。
用夹钳夹住预处理金属丝网，并使得金属丝网夹紧预处理陶瓷膜，即金属丝网紧箍在陶瓷膜的外表面上，然后焊接，金属丝网圆筒叠合并固定在陶瓷膜外壁上，外套式的金属丝网衬夹自然套住衬里(预处理陶瓷膜)而不脱落为止。
4、安装抽水导管
用不锈钢圆片将丝网-陶瓷膜复合体的一端焊接封闭，另一端与PVC软管固定连接呈一体，将PVC软管采用PVC专用胶水(采购自广东想联化工有限公司)与陶瓷膜内壁粘接成一体，其中PVC软管的外径与陶瓷膜的内径相匹配，制成本发明的复合电化学电极，如图3所示；其中，PVC管形成抽水导管，连接中空陶瓷膜内径，用于抽吸过滤净水的目的，过滤后的水从此软管流出。
抽水导管为软管，软管与中空陶瓷膜固定在一起的外径与中空陶瓷膜内径相一致，本发明具体实施例中中空无机陶瓷膜外径：30mm；壁厚：4mm，则PVC软的内径为(30-4＝26mm)，软管与陶瓷膜的内壁用粘接剂固定、不透气、透水即可。
封闭电极基体陶瓷膜一端的材料除了使用不锈钢片之外，其他硬质材料也适用于本发明，例如铁板、工程塑料板等，只要将陶瓷膜的一端封堵即可。粘接中使用的粘接剂除了选择PVC专用胶水(采购自广东想联化工有限公司)之外，其他本领域中使用的用于粘接软管的粘接剂均适用于本发明。
与本发明的陶瓷膜的开放一端固定连接的抽水导管还可以是如图1A、2A所述结构，抽水导管还包括连接呈一体的圆台状连接部51和导水软管52，连接部的下底面的外径与中空陶瓷膜的内径尺寸相匹配，连接部的上底面的内径和外径与导水软管的内径、外径相匹配；
圆台形连接部采用PVC专用胶水(采购自广东想联化工有限公司)与陶瓷膜内壁粘接成一体，其中圆台形连接部的下底面的外径与陶瓷膜的内径相匹配，制成本发明的复合电化学电极，如图1A、2A所示。
试验例1复合电化学电极的膜过滤试验
将实施例1制备的复合电化学电极置于盛水容器中，接着在进水压力为6.0Bar的条件下(即在抽水导管一端用抽吸泵抽吸，在抽吸压力的作用下，水就会从膜外壁渗透到管内径，经过膜过滤后的水进而从抽吸管流出)，测定一定时间t(30min)内从抽水导管流出的经过膜过滤后的纯水的体积V(L)，测试复合电极的过水能力，结果单只复合电极的过水能力为25～30L/h。
将用于制备本发明复合电化学电极的电极基体中空管状无机陶瓷膜(购自安泰科技股份有限公司)的一端封闭，然后置于盛水容器中，接着在进水压力为6.0Bar的条件下，测定一定时间t(30min)内从陶瓷膜另一端流出的经过膜过滤后的纯水的体积V(L)，测试陶瓷膜的过水能力，结果单只陶瓷膜的过水能力为28～32L/h。
膜过滤试验结果表明，本发明的复合电极的膜过滤能力与电极基体的陶瓷膜过滤能力相当。本发明的复合电极既可以导电、又可以过滤，过滤能力几乎不受影响。
试验例2复合电化学电极的导电试验
采用ZC36型直流式电阻计分别测量陶瓷膜和不锈钢丝网的电阻率，测定结果如下：
陶瓷膜的电阻率为(20℃)106×106Ω·m2/m；
不锈钢金属丝网的电阻率为(20℃)：0.73×10-6Ω·m2/m。
由测定结果可知：本发明复合电极的电极基体陶瓷膜无导电性能，而外层复合层不锈钢金属丝网的导电性能良好。
本发明最初的目的就是将现在的无机不导电陶瓷膜表面修饰，使之导电，而不同于其他发明，本发明创造性的将金属丝网与无机陶瓷膜“物理的”结合起来，金属丝网连接电源后，陶瓷膜表面“间接地导电”。此举操作简单，成本低廉，应用效果好。
因此导电测试的目的证明：电极基体陶瓷膜不导电，而本发明的复合电化学电极可导电，可在电场作用下应用。
试验例3
河北某钢铁企业，经生化处理后的焦化废水水量为50t/d，不能满足排放标准，焦化废水的水质如表1所示。
将本发明实施例1制备的复合电化学电极共20个置于的焦化废水处理槽内，其中10个复合电极的修饰层金属丝网与电源的负极相连，另外10个复合电极的修饰层金属丝网与电源的正极相连；每个复合电极的抽水导管通过连接导管与抽水泵相连。
复合电化学电极竖直放置，抽水管在上部，焦化废水经复合电极的电极基体的陶瓷膜进行膜过滤，过滤后的出水从抽水导管排出废水处理槽。
待处理焦化废水的水流方向自处理槽的底部进入，废水充满处理槽后，停止进水，接着开启电源(电压20～25V)，进行电化学电解处理30min(通常为30-60min)，然后关闭电源，进行静置处理30min(通常为20-40min)；然后再将电极上部的的抽水导管与抽吸泵相连，进行抽水，采用抽吸泵将电化学电解后的水液经过复合电极的电极基体的陶瓷膜过滤，滤液从电极的抽水导管经处理槽的顶部的流出，降解焦化废水中的污染物。
采用本发明复合电化学陶瓷膜电极电解处理30min后，焦化废水中难降解有机污染物均可达标排放。经处理后的焦化废水水质情况如下表1所示。
表1焦化废水经处理前后水质情况一览表
Figure BDA0002078364940000131
试验例4
北京市顺义区某企业高含油废水，油含量20000～35000mg/L。将本发明实施例1制备的复合电化学电极共8个置于含油废水处理槽内，其中4个复合电极的修饰层金属丝网与电源的负极相连，另外4个复合电极的修饰层金属丝网与电源的正极相连。
复合电化学电极竖直放置，抽水管在上部，含油废水经复合电极的电极基体的陶瓷膜进行膜过滤，过滤后的出水从抽水导管排出废水处理槽。
待处理含油废水的水流方向自处理槽的底部进入，废水充满处理槽后，停止进水，接着开启电源(电压20～25V)，进行电化学电解处理50min(通常为30-60min)，然后关闭电源，进行静置处理30min(通常为20-40min)；然后再将电极上部的的抽水导管与抽吸泵相连，进行抽水，采用抽吸泵将电化学电解后的水液经过复合电极的电极基体的陶瓷膜过滤，滤液从电极的抽水导管经处理槽的顶部的流出，降解含油废水中的油类污染物。采用本发明复合电化学陶瓷膜电极电解处理50min后，含油废水中的油类污染物降低到以下600mg/L，对水中油类的去除率达到95％以上。在每天24h不间断运行的条件下，单独陶瓷过滤的反洗周期为2～4个月。与不采用电化学的单独陶瓷过滤相比，采用本发明衬夹式电化学电极进行膜过滤，反洗周期为5～10个月，延长一倍以上。
本发明上述实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合电化学电极，包括电极基体，其特征是，还包括与电极基体表面尺寸相匹配的、叠合在电极基体表面的、与电极基体固定连接成一体的修饰层，所述修饰层为金属丝网层。
2.如权利要求1所述的电极，其特征是，所述电极基体选择陶瓷膜，优选为由氧化铝、碳化硅、氧化锆或氧化钛制成的陶瓷膜，进一步优选为由氧化铝制成的陶瓷膜。
3.如权利要求2所述的电极，其特征是，所述陶瓷膜为中空管状陶瓷膜或外压式平板陶瓷膜。
4.如权利要求2所述的电极，其特征是，所述中空管状陶瓷膜的一端封闭，另一端开放。
5.如权利要求1-4任一所述的电极，其特征是，还包括抽水导管，抽水导管与所述中空陶瓷膜开放一端固定连接。
6.如权利要求1-4任一所述的电极，其特征是，所述金属丝网采用金属丝编织而成，其中，所述的金属丝选择导电的金属制成的丝。
7.一种复合电化学陶瓷膜电极的制备方法，其特征是，包括如下顺序进行的步骤：
1)对中空陶瓷膜依次进行碱液浸泡处理、乙醇清洗处理，制得预处理陶瓷膜；
2)对金属丝网进行裁剪、打磨处理，去除金属丝网表面的锈迹、杂质，制得预处理金属丝网块；
3)将预处理金属丝网块包裹在经预处理后的陶瓷膜的外表面上，接着将金属丝网块焊接成金属丝网圆筒，并且金属丝网圆筒叠合并固定在中空陶瓷膜的外表面，制成丝网-陶瓷膜复合体；
4)将丝网-陶瓷膜复合体的一端封闭，另一端与抽水导管固定连接呈一体，即得。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征是，步骤1)中所述碱液浸泡处理包括将中空管状陶瓷膜浸泡于质量百分比浓度为10-15％的碱液中10-20h；所述乙醇清洗处理包括将陶瓷膜置于体积百分比浓度为20-30％的乙醇溶液中，浸泡10-20h。
9.如权利要求7或8所述的制备方法，其特征是，步骤2)中所述裁剪是将金属丝网裁剪成尺寸大小与中空陶瓷膜外表面尺寸相匹配的长方形或正方形金属丝网块。
10.如权利要求7或8所述的制备方法，其特征是，步骤3)中所述焊接成的金属丝网圆筒的内径与陶瓷膜的外径相匹配。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102082280A (zh) * 2011-01-04 2011-06-01 常州大学 一种用于电化学过程的膜渗透电极
CN102674542A (zh) * 2012-05-30 2012-09-19 北京碧水源膜科技有限公司 一种用于水处理的带电膜装置及其使用方法
CN203277564U (zh) * 2013-04-26 2013-11-06 淮南师范学院 新型管式燃料电池堆
CN108726668A (zh) * 2017-04-18 2018-11-02 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种膜生物反应系统
CN112010396A (zh) * 2019-05-30 2020-12-01 西藏神州瑞霖环保科技股份有限公司 一种复合电化反应装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102082280A (zh) * 2011-01-04 2011-06-01 常州大学 一种用于电化学过程的膜渗透电极
CN102674542A (zh) * 2012-05-30 2012-09-19 北京碧水源膜科技有限公司 一种用于水处理的带电膜装置及其使用方法
CN203277564U (zh) * 2013-04-26 2013-11-06 淮南师范学院 新型管式燃料电池堆
CN108726668A (zh) * 2017-04-18 2018-11-02 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种膜生物反应系统
CN112010396A (zh) * 2019-05-30 2020-12-01 西藏神州瑞霖环保科技股份有限公司 一种复合电化反应装置

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