CN112340814B - 一种电极片、电极片模组及其制备方法和杀菌除盐处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电极片，电极片包括有载体，其特征在于：所述的载体上涂覆有具有杀菌除盐功能的混合粉末，按重量份数计，该混合粉末主要由以下原料组成：壳聚糖粉末40～60份；竹炭粉40～60份。本发明还公开了电极片模组及其制备方法和杀菌除盐处理方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：能够同时实现杀菌除盐功能。

Description

一种电极片、电极片模组及其制备方法和杀菌除盐处理方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体指一种电极片、电极片模组及其制备方法和杀菌除盐处理方法。

背景技术

目前净水行业主要是使用紫外线灯进行杀菌，通过紫外线灯发出的深紫外线对水体进行照射，使得水中的菌体受深紫外线高强度照射后死亡，从而达到杀菌的目的，具体可参见专利申请号为CN201710933271.6(公告号为CN109650486A)的发明专利《一种阵列式水体紫外杀菌装置》，但通过杀菌灯的紫外线照射杀菌，由于杀菌灯紫外线的原因会产生臭氧以及异味，同时要避免紫外线照射除水体以外的其它地方，需要把杀菌灯彻底的光隔绝，因此需要类似不锈钢的外壳，内部使用石英玻璃管做水路，因此石英管的密封也是其中一个问题，紫外线灯有老化衰减的问题，一般在5000～8000小时就报废，另外紫外线灯也受温度影响比较大，温度越低紫外线强度就越低。

为了达到除盐的目的，一般使用过滤膜来实现，也有使用电吸附来实现，具体可参见专利申请号为CN201820934741.0(公告号为CN208500437U)的实用新型专利《一种除盐水系统用超滤装置》。

但上述装置的功能都比较单一，除盐的归除盐模组去实现，杀菌的归杀菌模组去实现。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能够同时实现杀菌除盐功能的电极片。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种上述电极片的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种应用有上述电极片的电极片模组。

本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种应用有上述电极片的杀菌除盐处理方法。

本发明解决第一个技术问题所应用有的技术方案为：一种电极片，包括有载体，其特征在于：所述的载体上涂覆有具有杀菌除盐功能的混合粉末，按重量份数计，该混合粉末主要由以下原料组成：

壳聚糖粉末 40～60份；

竹炭粉 40～60份。

优选地，按重量份数计，所述的混合粉末还包括有以下原料：

碱性介质活化剂 80～120份。

进一步，所述的碱性介质活化剂为KOH。当然还可以采用其他碱性介质活化剂。

进一步，所述的载体为石墨纸。当然混合粉末不限于石墨纸这种载体，可以广泛应用于其他载体，比如石墨片、钛片、不锈钢、导电炭纤维等导电物体。

本发明解决第二个技术问题所应用有的技术方案为：一种上述电极片的制备方法，包括以下步骤：

①按质量份数配比，将竹炭粉与碱性介质活化剂混合放入高温炉进行活化，活化温度为750℃～800℃，活化时间为10～60分钟，得到活化后的竹炭粉，然后进行清洗；

②按质量份数配比，将步骤①制得的活化后的竹炭粉与壳聚糖粉末混合，并搅拌均匀，得到所述的混合粉末；

③在载体上涂覆一层胶水，通过喷枪将步骤②制得的混合粉末均匀喷到涂覆有胶水的载体上，然后通过烘箱在80～120℃条件下烘烤0.5～3小时，得到所需的电极片。

优选地，所述步骤①中的清洗包括以下步骤：待活化后的竹炭粉冷却后放入低浓度的盐酸溶液中进行清洗来清除多余的碱性介质活化剂，直到溶液接近中性，再通过纯水清洗活化后的竹炭粉，清洗完成后再烘干待用。

本发明解决第二个技术问题所应用有的技术方案为：一种应用有上述电极片的电极片模组，包括有第一固定板、第二固定板、第一导流板、第二导流板和第三导流板，所述电极片的数量为两个，分别记为第一电极片和第二电极片，所述的第一固定板、第一导流板、第一电极片、第二导流板、第二电极片、第三导流板和第二固定板依次紧密排列；所述的第一固定板上开设有第一流通孔，所述的第一电极片开设有第二流通孔，所述的第二电极片上开设有第三流通孔，所述的第二固定板上开设有第四流通孔；所述的第一导流板上沿前后方向贯穿开设有第一流道，该第一流道的两端分别与第一流通孔和第二流通孔相连通，所述的第二导流板上沿前后方向贯穿开设有第二流道，该第二流道的两端分别与第二流通孔和第三流通孔相连通，所述的第三导流板上沿前后方向贯穿开设有第三流道，该第三流道的两端分别与第三流通孔和第四流通孔相连通。

优选地，所述的第一流道、第二流道和第三流道均呈波浪形分别布置在第一导流板、第二导流板和第三导流板的表面。通过波浪形的流道，可以使水流在电极片表面形成最长流经距离，增大杀菌除盐的效果。

本发明解决第四个技术问题所应用有的技术方案为：一种应用有上述电极片的杀菌除盐处理方法，包括以下步骤：将两个所述电极片放置在待处理的水中，并分别与电源的正极和负极相连接，然后通电对水进行杀菌除盐处理。

或者，将两个所述电极片放置在待处理的水中，并分别与电源的正极和负极相连接，然后通电对水进行杀菌除盐处理，规定时间后将电源的正负极反转。

或者，将两个所述电极片放置在待处理的水流中，并分别与电源的正极和负极相连接，然后进行间歇式通电对水进行杀菌除盐处理。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)通过将壳聚糖粉末和竹炭粉混合得到混合粉末涂覆到电极片的载体上，壳聚糖分子带有正电荷，细菌与壳聚糖接触时，壳聚糖带的正电荷和细菌细胞膜上负电荷的相互作用，使细胞内的蛋白酶和其他成分泄漏，从而达到抗菌、杀菌作用，竹炭粉具有较大的比表面积，对水中的离子有较强的吸附能力，具有除盐功能；

(2)竹炭粉的吸附能力可以增加水中细菌与壳聚糖的接触机会和接触时间，从而提高单位壳聚糖的杀菌效果；

(3)通过将电极片通电形成电场，阴阳离子因带正负电荷，被电场迁移至电极片表面，提高除盐效果，细菌等也带有电荷，因此也会被电场迁移至电极片附近，从而大大提高了抗菌杀菌的效果。

附图说明

图1为本发明电极片的实施例中活化前的竹炭粉的电镜图；

图2为本发明电极片的实施例中活化后的竹炭粉的电镜图；

图3为本发明电极片的实施例中壳聚糖占混合粉末的质量比和杀菌率的关系图；

图4为本发明电极片的实施例中不同活化方式和杀菌率的关系图(电极片不通电)；

图5为本发明电极片的实施例中不同活化方式和杀菌率的关系图(电极片通电)。

图6为本发明电极片模组的实施例的立体结构示意图；

图7为图6的剖视图；

图8为图6的立体分解示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

以下为本发明的电极片的实施例。

实施例1：

①将竹炭粉与壳聚糖粉末按质量比1:1混合，并搅拌均匀，得到所需的具有杀菌除盐功能的混合粉末；

②在石墨纸上涂覆一层胶水，通过喷枪把混合粉末均匀喷到涂覆有胶水的石墨纸上，然后通过烘箱在100℃条件下烘烤2小时，得到所需的电极片。

实施例2：

竹炭粉与壳聚糖粉末按质量比4:6混合，其他与实施例1保持一致。

实施例3：

竹炭粉与壳聚糖粉末按质量比6:4混合，其他与实施例1保持一致。

实施例4：

①将竹炭粉与KOH按质量比1:2混合放入高温炉进行活化，活化温度为780℃，活化20分钟后，得到活化后的竹炭粉，待活化后的竹炭粉冷却后放入低浓度的盐酸溶液中进行清洗来清除多余的KOH，直到溶液接近中性(pH＝7)，再通过纯水清洗活化后的竹炭粉，清洗完成后再烘干待用；

②将活化后的竹炭粉与壳聚糖粉末按按质量比1:1混合，并搅拌均匀，得到所需的具有杀菌除盐功能的混合粉末；

③在石墨纸上涂覆一层胶水，通过喷枪把混合粉末均匀喷到涂覆有胶水的石墨纸上，然后通过烘箱在100℃条件下烘烤2小时，得到所需的电极片。

实施例5：

活化后的竹炭粉与壳聚糖粉末按按质量比1:9混合，其他与实施例4保持一致。

实施例6：

活化后的竹炭粉与壳聚糖粉末按按质量比2:8混合，其他与实施例4保持一致。

实施例7：

活化后的竹炭粉与壳聚糖粉末按按质量比3:7混合，其他与实施例4保持一致。

实施例8：

活化后的竹炭粉与壳聚糖粉末按按质量比4:6混合，其他与实施例4保持一致。

实施例9：

活化后的竹炭粉与壳聚糖粉末按按质量比6:4混合，其他与实施例4保持一致。

实施例10：

活化后的竹炭粉与壳聚糖粉末按按质量比7:3混合，其他与实施例4保持一致。

实施例11：

活化后的竹炭粉与壳聚糖粉末按按质量比8:2混合，其他与实施例4保持一致。

实施例12：

竹炭粉与KOH按质量比1:1混合放入高温炉进行活化，其他与实施例4保持一致。

实施例13：

竹炭粉与KOH按质量比1:3混合放入高温炉进行活化，其他与实施例4保持一致。

上述实施例4中活化前的竹炭粉和活化后的竹炭粉的电镜图分别如图1和图2所示；

上述实施例4～11的电极片中壳聚糖占混合粉末的质量比和杀菌率的关系如图3所示(横坐标为壳聚糖占混合粉末的质量比，纵坐标为杀菌率)；

上述实施例1、4、12和13中的电极片在不通电和通电情况两种情况下，不同活化方式和杀菌率的关系图如图4和5所示(横坐标为测试时间，纵坐标为杀菌率)。

其中，图2和图3的性能测试方法如下：

①采用50*50的单面杀菌除盐电极片作为正极，纯钛片作为负极，2个极片间距4mm，中间无波浪形的流道，为直通流道，即下述的电极片模组的缩减版；

②1L的水量通过微型泵由容器内注入杀菌除盐的模组内，在另一侧回流到容器内，形成水路的循环；

③水泵通电后循环水路开始工作，同时测试开始计时(另外通电模式的测试也是如此，只是在水泵开始工作时，同时给电极片通电)；

④按照国标《GB T 5750.12-2006生活饮用水标准检验方法微生物指标》进行计数。

上述电极片之所以具有杀菌除盐功能，原因主要在于：

(1)壳聚糖是一种粉末状物体，壳聚糖分子带有正电荷，细菌与壳聚糖接触时，壳聚糖带的正电荷和细菌细胞膜上负电荷的相互作用，使细胞内的蛋白酶和其他成分泄漏，从而达到抗菌、杀菌作用；

(2)竹炭粉具有较大的比表面积，对水中的的离子有较强的吸附能力，具有除盐功能。

另外，由图1至图5可以看出：

(1)竹炭粉通过KOH活化后使得比表面积大幅提高，能大幅提高竹炭粉的吸附能力；

(2)杀菌效率随着壳聚糖成分的增加逐步增加，到达一定程度后，杀菌率基本保持不变，再随着壳聚糖的增加，杀菌率反而随之下降，壳聚糖占混合粉末的质量比以40～60％为宜；

(3)竹炭粉经过活化，不仅仅具有除盐的功能，而且还对杀菌也有一定的影响，纯壳聚糖虽然也具有杀菌效果，但只有表面一层能与水接触，也就是仅仅表面一层与细菌接触，从而杀死细菌。活化后的竹炭粉会产生比较多的纳米孔，使得混合粉末极大的增加了比表面积，提高了阳离子的吸附能力，同时也会对细菌提高吸附能力，增加细菌在电极片表面的停留时间或完全吸附在电极片上，从而增加了水中细菌与壳聚糖的接触机会和接触时间，从而提升了极片上单位壳聚糖的杀菌效率。另外，杀菌能力随活化时间的增大而增大，竹炭粉与KOH的质量比为1:2时，杀菌效果最好；

(4)通过几个电极片通电形成电场，阴阳离子因带正负电荷，被电场迁移至电极片表面，细菌等也带有电荷，因此也会被电场迁移至电极片附近，从而大大提高了抗菌杀菌的效果。

如图6至图8所示，为本发明应用有上述电极片的电极片模组的一个优选实施例。该电极片模组包括有第一固定板1、第二固定板2、第一导流板3、第二导流板4和第三导流板5，电极片的数量为两个，分别记为第一电极片6和第二电极片7。第一固定板1、第一导流板3、第一电极片6、第二导流板4、第二电极片7、第三导流板5和第二固定板2依次紧密排列。其中，第一固定板1和第二固定板2通过多个紧固件8进行连接。

具体地，第一固定板1上开设有第一流通孔11，所述的第一电极片6开设有第二流通孔61，第二电极片7上开设有第三流通孔71，第二固定板2上开设有第四流通孔21。

第一导流板3上沿前后方向贯穿开设有第一流道31，该第一流道31的两端分别与第一流通孔11和第二流通孔61相连通。第二导流板4上沿前后方向贯穿开设有第二流道41，该第二流道41的两端分别与第二流通孔61和第三流通孔71相连通。第三导流板5上沿前后方向贯穿开设有第三流道51，该第三流道51的两端分别与第三流通孔71和第四流通孔21相连通。且第一流道31、第二流道41和第三流道51均呈波浪形分别布置在第一导流板3、第二导流板4和第三导流板5的表面，从而增大水流与电极片之间的接触面积。

使用时，水流由第一固定板1顶部的第一流通孔11进入，随着第一导流板3中的第一流道31，从上到下从第一电极片6的正面流过，到达底部时，由第一电极片6底部的第二流通孔61流过，转到第一电极片6的背面，沿着第二导流板4的第二流道41，从下往上从第一电极片6的背面流过和第二电极片7的正面流过，到达最上面，再由第二电极片7顶部的第三流通孔71流过，转到第二电极片7的背面，沿着第三导流板5的第三流道51，从上往下，从第二电极片7的背面流过，到达底部时，由第二固定板2的第四流通孔21流出。整个过程中，水流分别以波浪形的流道，分别流过第一电极片6的正面，同时流过第一电极片6的背面和第二电极片7的正面，流过第二电极片7的背面，因此两个极片的两个面都可以进行杀菌除盐，通过波浪形的流道，可以使水流在电极片表面形成最长流经距离，增大杀菌除盐的效果。

本发明还提供了三种应用有上述电极片的杀菌消毒处理方法：

第一种为将两个所述电极片放置在待处理的水中，并分别与电源的正极和负极相连接，然后通电对水进行杀菌除盐处理，具体的原理如下：

通电后，由于电场的作用下，细菌被附集到接正电压的电极片附近，接触到电极片后，由于杀菌剂的特性，因而被灭杀，水中的阳离子由于电场的作用，被附集到接负电压的电极片附近，由于竹炭粉的特性，因而在电极片表面被吸附。因此在此方案中，由于电场的作用，大部分的细菌在接正电压的极片附近被灭杀，阳离子在接负电压的极片上被吸附，同时由于水流的扰动，使得细菌和阳离子不能全部附集到正负电极片附近，因此正电极也能部分吸附阳离子，负电极也能灭杀部分细菌，作为主要功能的补充。

若竹炭粉经过活化，会产生比较多的纳米孔，提高了阳离子的吸附能力，同时也会对细菌提高吸附能力，增加细菌在电极片表面的停留时间或完全吸附在电极片上，因此也能大大提高电极片的杀菌能力。

该方法适用于水流快速流动的情况。

第二种为将两个所述电极片放置在待处理的水中，并分别与电源的正极和负极相连接，然后通电对水进行杀菌除盐处理，规定时间后将电源的正负极反转，具体的原理如下：

电极片通正负直流电，并进行间歇式的极性切换，主要是依据第一种杀菌消毒处理方法的方式进行测试，确认水流速度和杀菌效果，依据测试数据，进行电场的极性切换。在单极性的正极电极片附近，由于电场的作用，导致细菌附集在正电极片附近，但由于附集到一定程度，吸附效果就会逐渐降低。因此在需要附集到一定程度后，进行反向极性切换，从而在另一个电极片上达到好的附集效果。因此可以在两个电极片间不间断的进行附集、杀菌，大大提高杀菌效果。

该方法适用于水流基本不流动，或间隙性流动的情况。

第三种为将两个所述电极片放置在待处理的水流中，并分别与电源的正极和负极相连接，然后进行间歇式通电对水进行杀菌除盐处理。具体的原理如下：

电极片通正负直流电，并进行间歇式的停顿，主要是依据第一种杀菌消毒处理方法的方式进行测试，确认水流速度和杀菌效果，依据测试数据，进行电场的间歇式的停顿。在单极性的正极电极片附近，由于电场的作用，导致细菌附集在正极片附近，但由于附集到一定程度，吸附效果就会逐渐降低。因此在需要附集到一定程度后，需要电场的停顿，让吸附的被杀死的细菌体冲走，从而降低电极片附近的附集效果。在一定时间内停顿后，快速重启电极片的电压，再次进行吸附和杀菌。由于短期的快速停顿，使得细菌在极片附近的附集可以快速释放，防止极化速度，因此可以提高极片对细菌的整体吸附效果和杀菌效果。

该方法适用于水流缓慢流动的情况，可以进行适当的反向电压激活。

上述方法同样适用于上述电极片模组。

Claims (8)

1.一种应用有电极片的杀菌除盐处理方法，将两个所述电极片放置在待处理的水中，并分别与电源的正极和负极相连接，然后通电对水进行杀菌除盐处理；所述的电极片包括有载体，其特征在于：所述的载体上涂覆有具有杀菌除盐功能的混合粉末，按重量份数计，该混合粉末包括以下原料：

壳聚糖粉末 40~60份；

竹炭粉 40~60份；

碱性介质活化剂 80~120份；

所述的电极片的制备方法，包括以下步骤：

①按质量份数配比，将竹炭粉与碱性介质活化剂混合放入高温炉进行活化，活化温度为750℃~800℃，活化时间为10~60分钟，得到活化后的竹炭粉，然后进行清洗；

②按质量份数配比，将步骤①制得的活化后的竹炭粉与壳聚糖粉末混合，并搅拌均匀，得到所述的混合粉末；

③在载体上涂覆一层胶水，通过喷枪将步骤②制得的混合粉末均匀喷到涂覆有胶水的载体上，然后通过烘箱在80~120℃条件下烘烤0.5~3小时，得到所需的电极片。

2.根据权利要求1所述的杀菌除盐处理方法，其特征在于：所述的碱性介质活化剂为KOH。

3.根据权利要求1所述的杀菌除盐处理方法，其特征在于：所述的载体为石墨纸。

4.根据权利要求1所述的杀菌除盐处理方法，其特征在于：所述步骤①中的清洗包括以下步骤：待活化后的竹炭粉冷却后放入低浓度的盐酸溶液中进行清洗来清除多余的碱性介质活化剂，直到溶液接近中性，再通过纯水清洗活化后的竹炭粉，清洗完成后再烘干待用。

5.根据权利要求1所述的杀菌除盐处理方法，其特征在于：所述的杀菌除盐处理方法应用有电极片模组，该电极片模组包括有所述电极片、第一固定板(1)、第二固定板(2)、第一导流板(3)、第二导流板(4)和第三导流板(5)，所述电极片的数量为两个，分别记为第一电极片(6)和第二电极片(7)，所述的第一固定板(1)、第一导流板(3)、第一电极片(6)、第二导流板(4)、第二电极片(7)、第三导流板(5)和第二固定板(2)依次紧密排列；

所述的第一固定板(1)上开设有第一流通孔(11)，所述的第一电极片(6)开设有第二流通孔(61)，所述的第二电极片(7)上开设有第三流通孔(71)，所述的第二固定板(2)上开设有第四流通孔(21)；

所述的第一导流板(3)上沿前后方向贯穿开设有第一流道(31)，该第一流道(31)的两端分别与第一流通孔(11)和第二流通孔(61)相连通，所述的第二导流板(4)上沿前后方向贯穿开设有第二流道(41)，该第二流道(41)的两端分别与第二流通孔(61)和第三流通孔(71)相连通，所述的第三导流板(5)上沿前后方向贯穿开设有第三流道(51)，该第三流道(51)的两端分别与第三流通孔(71)和第四流通孔(21)相连通。

6.根据权利要求5所述的杀菌除盐处理方法，其特征在于：所述的第一流道(31)、第二流道(41)和第三流道(51)均呈波浪形分别布置在第一导流板(3)、第二导流板(4)和第三导流板(5)的表面。

7.根据权利要求1~6中任一权利要求所述的杀菌除盐处理方法，其特征在于包括以下步骤：将两个所述电极片放置在待处理的水中，并分别与电源的正极和负极相连接，然后通电对水进行杀菌除盐处理，规定时间后将电源的正负极反转。

8.根据权利要求1~6中任一权利要求所述的杀菌除盐处理方法，其特征在于包括以下步骤：将两个所述电极片放置在待处理的水流中，并分别与电源的正极和负极相连接，然后进行间歇式通电对水进行杀菌除盐处理。

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