CN114288863B - 一种电控吸附膜组件及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电控吸附膜组件及其使用方法，所述电控吸附膜组件包括外壳体；所述外壳体的内壁上设置有导电层；所述外壳体的侧壁上设置有进水口以及回流口；所述外壳体的底部设置有净化水出口；所述外壳体的顶部设置有通电单元；所述外壳体内部设置有工作单元；所述工作单元包括固定装置以及电控吸附装置；所述电控吸附装置包括电控吸附膜以及中空支撑网；所述电控吸附膜通过电控吸附膜导线与通电单元相连接。与现有的家用净水器用膜组件相比，本发明提供的电控吸附膜组件中由于采用了电控吸附膜，可在低操作压力下有效去除水中微量有机污染物，并且可以直接对膜组件施加电场以实现膜组件内膜的原位电解吸、电再生及电清洁。

Description

一种电控吸附膜组件及其使用方法

技术领域

本发明属于过滤器技术处理领域，尤其涉及一种电控吸附膜组件及其使用方法。

背景技术

饮用水水源中存在多种有机物，如天然有机物(NOM)、药物及个人护理品 (PPCPs)以及微量农药类物质，这些有机物在饮用水处理过程中无法被完全去除。此外，在饮用水消毒过程中，水中残留的NOM会与消毒剂反应，易生成卤代甲烷等消毒副产物。

因此，水厂出水残留的微量有机物、消毒过程中产生的消毒副产物，均可能在龙头水中检出。值得注意的是，持久性有机物(POPs)、三卤甲烷等疏水性或半疏水性小分子有机物具有较高的毒性，对人类健康具有很高的威胁。在管网末梢，为了进一步去除颗粒物和浊度，常采用以膜为核心、特别是纳滤为核心的深度净化工艺。持久性有机物(POPs)和三卤甲烷等疏水性或半疏水性小分子有机物呈电中性，即使采用以纳滤为核心的深度净化工艺，也无法保证这些电中性小分子有机污染物被完全去除。

综上所述，需要给传统的家用净水器中加入安全保障器以确保水质安全是极为重要的。

CN 102010030A公开了一种中空纤维超滤膜净水器及其清洗方法，所述中空纤维超滤膜净水器，包括壳体，控制机构，线圈，清洗滑块和中空纤维超滤膜，所述清洗滑块和中空纤维超滤膜位于壳体内且固定连接于体，所述线圈套装于壳体上，并与所述控制机构电连接；所述壳体上开有产水口和进水口，所述清洗滑块与线圈组成非接触式电磁传动机构；当所述控制机构闭合电源时，线圈接通交变电压，产生交变磁场，所述清洗滑块在交变磁场的作用下，带动所述中空纤维超滤膜一起在壳体内部做往复运动。所述清洗方法包括常规机械清洗方法和化学清洗方法。

上述净水器中具有中空纤维膜，虽然可以在一定程度上去除水中的有机污染物，但是其清洗方法仍采用常规机械清洗方法和化学清洗方法，需要使用化学试剂，对中空纤维膜的使用寿命造成一定的影响，不利于长期用；此外对环境要求也很高。

CN 106139909A公开了一种净水器用膜器件及其封装方法，所述净水器用膜器件包括膜壳，以及用封装 胶浇注于膜壳中的总膜束；其特征在于，所述总膜束由4～16个并列设置的中膜束组成；所述中膜束具有如下结构：由20～200 根并列的过滤中空纤维膜丝与若干根活性炭纤维混合成为小束，每2～20个小束的中间放置5根等长的排气中空纤维膜丝；将小束和排气中空纤维膜丝经U型折叠后，以分隔网包裹形成中膜束。所述净水器用膜器件中包含中空纤维膜，可以去除水中的部分有机污染物，但是需要拆卸后清洁，增大了使用难度以及清洗费用，不利于家庭长期使用。

CN 210133979U公开了一种新型陶瓷膜高效净水器，包括卧座、便携把、净水箱、加注口、控制组体、净水出口、加热箱、电子阀、陶瓷膜筒、处理筒、转接管、増压泵和龙头管，所述卧座顶端与净水箱相嵌接，所述便携把与净水箱内侧转动连接，所述净水箱顶端设有加注口，所述加注口右侧装设有控制组体，所述浄水出口位于控制组体下侧，所述加热箱底端固定安装有强化净水机构，所述强化净水机构包括壳体、钢罐、上布水器、进水端、出水端、阀体(706)、中心管、石英砂、下布水器和椰壳活性炭，所述壳体内壁与钢罐紧密贴合，所述上布水器底端通过中心管与下布水器贯通连接，所述进水端、出水端底端对应锁固连接于阀体上，所述进水端顶端锁固连接于加热箱底部，所述石英砂上表面与椰壳活性炭贴合，所述石英砂位于下布水器上方。所述净水器达到了提升初步过滤流程的效果，但是整体结构复杂，不利于清洁。

综上所述，提供一种吸附能力强，且具有清洁功能的净水器已是本领域亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电控吸附膜组件及其使用方法。所述电控吸附膜组件具有电解吸-电清洁功能，可以反复使用，为净水器产水水质提供安全保障。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种电控吸附膜组件，所述电控吸附膜组件包括括外壳体；

所述外壳体的内壁上设置有导电层；

所述外壳体的侧壁上设置有进水口以及回流口；

所述外壳体的底部设置有净化水出口；

所述外壳体的顶部设置有通电单元；

所述外壳体内部设置有工作单元；

所述工作单元包括固定装置以及电控吸附装置；

所述电控吸附装置包括电控吸附膜以及中空支撑网

所述电控吸附膜通过电控吸附膜导线与通电单元相连接。

本发明所述电控吸附膜组件结构简单，通过简单的通电单元以及电控吸附装置可以实现组件内电控吸附膜的原位电解吸、电再生以及电清洁。所述电控吸附膜组件避免了解吸过程外加药剂，过程简单且经济环保，能实现大分子污染物及小分子有机物的同步去除。

本发明所述净化水出口用于收集安全的饮用水，所述回流口的设置可以使组件内水体形成流动，更利于电控吸附膜的错流过滤，去除水中微量有机污染物。

优选地，所述通电单元包括依次连接的电压控制器和插头。

本发明所述电压控制器用于控制电控吸附膜的正负电位。

优选地，所述电控吸附膜设置在中空支撑网的表面上。

优选地，所述电控吸附膜通过电控吸附膜导线与电压控制器相连接。

优选地，所述导电层通过外壳导线与电压控制器相连接。

优选地，所述固定装置用于固定电控吸附装置。

优选地，固定装置包括密封槽和O型圈。

优选地，所述O型圈固定设置于密封槽内部。

优选地，外壳体的材质包括聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括聚丙烯和聚四氟乙烯的组合，聚四氟乙烯和聚氯乙烯的组合，聚氯乙烯和碳纤维的组合，聚四氟乙烯、聚氯乙烯和碳纤维的组合，或聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯和碳纤维的组合。

优选地，所述导电层的材质包括钛、钌或钛钌复合材料中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括钛和钌的组合，钛和钛钌复合材料的组合，钌和钛钌复合材料的组合，或钛、钌和钛钌复合材料的组合。

优选地，所述电控吸附膜导线包括金属铂导线、金属钛导线或金属钌导线中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括金属铂导线和金属钛导线的组合，金属铂导线和或金属钌导线的组合，金属钛导线和或金属钌导线的组合，或金属铂导线、金属钛导线和或金属钌导线的组合。

优选地，所述导电层与电控吸附膜的间距为0.3-3cm，例如可以是0.3cm、 0.5cm、1cm、1.5cm、2cm、2.5cm或3cm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述电压控制器包括稳压直流电源。

优选地，所述中空吸附膜包括中空纤维膜或平板膜。

本发明所述电控吸附膜负载有导体材料，具有电控亲和性转换功能，可实现对弱极性微量有机污染物的吸附和解吸。第二方面，本发明提供了一种第一方面提供的电控吸附膜组件的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：

(1)向电控吸附膜组件内部添加电解液，而后插头插入电源，通过电压控制器控制电控吸附膜为阴极，并施加一次电压进行解吸，完成脱附并排出解析后的电解液；

(2)再次向电控吸附膜组件内部添加电解液，并通过电压控制器控制电控吸附膜为阳极，并施加二次电压进行再生，而后完成再生并排出电解液。

优选地，步骤(1)所述电解液的添加量为所述电控吸附膜组件内部体积的 50-90％，例如可以是50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述施加一次电压为0.1-10V，例如可以是0.1V、0.5V、 1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V或10V，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述施加一次电压的时间为1-30min，例如可以是1min， 5min，10min，15min，20min，25min或30min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述电解液的添加量为所述电控吸附膜组件内部体积的 50-90％，例如可以是50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

若所述电解液的添加量低于50％，会导致电控吸附膜解吸不完全。

优选地，步骤(1)所述施加二次电压为0.1-10V，例如可以是0.1V、0.5V、 1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V或10V，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述施加二次电压的时间为1-30min，例如可以是1min， 5min，10min，15min，20min，25min或30min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述电解液包括氯化钾、硝酸钠、氯化钠、硝酸钾、硫酸钠或硫酸钾中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是氯化钾和硝酸钾的组合，硝酸钠和氯化钠的组合，硫酸钠和硫酸钾的组合，氯化钾、硝酸钠、氯化钠和硝酸钾的组合，或氯化钾、硝酸钠、氯化钠、硝酸钾、硫酸钠和硫酸钾的组合。

优选地，所述电解液的浓度为0.001-1mol/L，例如可以是0.001mol/L、 0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、 0.9mol/L或1mol/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明所述解吸和再生过程中的电压均为0.1-10V，若电压过高会导致电控吸附膜过氧化而丧失解吸能力，过低则会导致电控吸附膜不完全解吸。

作为本发明的优选技术方案，本发明第二方面提供的使用方法包括如下步骤：

(1)向电控吸附膜组件内部添加浓度为0.001-1mol/L电解液，而后插头插入电源，并通过电压控制器控制电控吸附膜为阴极，并施加0.1-10V的电压进行解吸1-30min，完成脱附并排出解析后的电解液；所述电解液的添加量为所述电控吸附膜组件内部体积的50-90％

(2)再次向电控吸附膜组件内部添加浓度为0.001-1mol/L电解液，并通过电压控制器控制电控吸附膜为阴极，并施加0.1-10V的电压进行再生1-30min，而后完成再生并排出电解液；所述电解液的添加量为所述电控吸附膜组件内部体积的50-90％。

采用本发明提供的电控吸附膜组件时，解吸过程中：所述电控吸附膜组件中电控吸附膜为阴极，外壳体内壁上的导电层为阳极，通过控制电压完成解吸过程；

再生过程中：所述电控吸附膜组件中电控吸附膜为阳极，外壳体内壁上的导电层为阴极，通过控制电压完成再生过程。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)与现有的家用净水器用膜组件相比，本发明提供的电控吸附膜组件中由于采用了电控吸附膜，可在低操作压力下有效去除水中微量有机污染物，并且可以直接对膜组件施加电场以实现膜组件内膜的原位电解吸、电再生及电清洁；

(2)本发明将电化学系统引入家用净水器的电控吸附膜组件中，可直接对电控吸附膜实施精准控制，避免了解吸过程外加药剂，过程简单且经济环保，能实现大分子污染物及小分子有机物的同步去除，这将大大促进饮用水深度处理技术及膜技术的发展，适合推广应用。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的电控吸附膜组件的结构示意图。

其中，1为外壳体，2为插头，3为电压控制器，4为密封槽，5为中空支撑网，6为电控吸附膜，7为O型圈，8为进水口，9为回流口，10为净化水出口。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供了一种如图1所示的电控吸附膜组件，所述电控吸附膜组件包括外壳体1；所述外壳体1的内壁上设置有导电层；

所述外壳体1的侧壁上设置有进水口8以及回流口9；所述外壳体1的底部设置有净化水出口10；所述外壳体1的顶部设置有通电单元；

所述外壳体1内部设置有电控吸附膜组件；所述电控吸附膜组件包括固定装置以及电控吸附装置；所述电控吸附装置包括电控吸附膜6以及中空支撑网5；所述电控吸附膜6通过电控吸附膜导线与通电单元相连接。

所述通电单元包括依次连接的电压控制器3和插头2；所述电控吸附膜6设置在中空支撑网5的表面上；

所述电控吸附膜6通过电控吸附膜导线与电压控制器3相连接；所述导电层通过外壳导线与电压控制器3相连接。

所述固定装置用于固定电控吸附装置；所述固定装置包括密封槽4和O型圈7；所述O型圈7固定设置于密封槽4内部。

所述外壳体的材质为聚四氟乙烯，导电层的材质为钛；所述电控吸附膜导线为金属铂导线。

所述电压控制器为稳压直流电源，所述导电层与电控吸附膜6的间距为 1.5cm。

所述电控吸附膜为中空纤维膜。

实施例2

本实施例提供了一种电控吸附膜组件，所述电控吸附膜组件与实施例的区别仅在于：本实施例提供的电控吸附膜组件中导电层与电控吸附膜的间距为 0.3cm。

实施例3

本实施例提供了一种电控吸附膜组件，所述电控吸附膜组件与实施例的区别仅在于：本实施例提供的电控吸附膜组件中导电层与电控吸附膜的间距为 3cm。

实施例4

本实施例提供了一种电控吸附膜组件，所述电控吸附膜组件与实施例的区别仅在于：本实施例提供的电控吸附膜组件中导电层与电控吸附膜的间距为 5cm。

对比例1

本对比例提供了一种吸附膜组件，所述吸附膜组件与实施例的区别仅在于：本对比例省略了通电单元。

对比例2

本对比例提供了一种吸附膜组件，所述吸附膜组件与实施例的区别仅在于：本对比例提供的吸附膜组件的外壳体的内壁上省略了导电层。

应用例1

本应用例提供了一种采用实施例1提供的电控吸附膜组件的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：

(1)向电控吸附膜组件内部添加浓度为0.1mol/L氯化钠，而后插头插入电源，并通过电压控制器给电控吸附膜施加2V的电压进行解吸10min，完成脱附并排出解析后的电解液；所述电解液的添加量为所述电控吸附膜组件内部体积的80％；

(2)再次向电控吸附膜组件内部添加浓度为0.1mol/L氯化钠，并通过电压控制器给电控吸附膜施加2V的电压进行再生10min，而后完成再生并排出电解液；所述电解液的添加量为所述电控吸附膜组件内部体积的80％。

应用例2

本应用例提供了一种采用实施例2提供的电控吸附膜组件的使用方法，所述使用方法与应用例1相同。

应用例3

本应用例提供了一种采用实施例3提供的电控吸附膜组件的使用方法，所述使用方法与应用例1相同。

应用例4

本应用例提供了一种采用实施例4提供的电控吸附膜组件的使用方法，所述使用方法与应用例1相同。

应用例5

本应用例提供了一种采用实施例1提供的电控吸附膜组件的使用方法，所述使用方法与应用例1的区别仅在于：本应用例将步骤(1)与步骤(2)施加的电压更改为0.1V。

应用例6

本应用例提供了一种采用实施例1提供的电控吸附膜组件的使用方法，所述使用方法与应用例1的区别仅在于：本应用例将步骤(1)与步骤(2)施加的电压更改为10V。

应用例7

本应用例提供了一种采用实施例1提供的电控吸附膜组件的使用方法，所述使用方法与应用例1的区别仅在于：本应用例将步骤(1)与步骤(2)施加的电压更改为15V。

应用例8

本应用例提供了一种采用实施例1提供的电控吸附膜组件的使用方法，所述使用方法与应用例1的区别仅在于：本应用例将步骤(1)与步骤(2)添加的电解液的浓度更改为0.001mol/L。

应用例9

本应用例提供了一种采用实施例1提供的电控吸附膜组件的使用方法，所述使用方法与应用例1的区别仅在于：本应用例将步骤(1)与步骤(2)添加的电解液的浓度更改为1mol/L。

将本发明实施例1-4提供的膜组件应用于净水器中，采用应用例1-9提供的使用方法进行使用，吸附饱和后的电控吸附膜均能得到较好的再生，所述膜组件能长期稳定的使用。

与实施例1相比，将对比例1提供的吸附膜组件应用于净水器中，对比例1 中膜只能用纯水或去离子水清洗，但是清洗效果极差，该膜组件在吸附饱和后需要更换。

与实施例1相比，将对比例2提供的吸附膜组件应用于净水器中，施加电场后无法实现电解吸-电再生-电清洁功能，该膜组件在吸附饱和后需要更换。

综上所述，本发明提供的电控吸附膜组件结构简单，与现有的家用净水器用膜组件相比，本发明提供的电控吸附膜组件中由于采用了电控吸附膜，可在低操作压力下有效去除水中微量有机污染物，并且可以直接对膜组件施加电场以实现膜组件内膜的原位电解吸、电再生及电清洁。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (22)

1.一种电控吸附膜组件，其特征在于，所述电控吸附膜组件包括外壳体；

所述外壳体的内壁上设置有导电层；

所述外壳体的侧壁上设置有进水口以及回流口；

所述外壳体的底部设置有净化水出口；

所述外壳体的顶部设置有通电单元；

所述外壳体内部设置有工作单元；

所述工作单元包括固定装置以及电控吸附装置；

所述电控吸附装置包括电控吸附膜以及中空支撑网；

所述电控吸附膜通过电控吸附膜导线与通电单元相连接；

所述通电单元包括依次连接的电压控制器和插头；

所述导电层与电控吸附膜的间距为0.3-3cm；

所述电控吸附膜组件的使用方法包括如下步骤：

（1）向电控吸附膜组件内部添加电解液，而后插头插入电源，通过电压控制器控制电控吸附膜为阴极，并施加一次电压进行解吸，完成脱附并排出解析后的电解液；

（2）再次向电控吸附膜组件内部添加电解液，并通过电压控制器控制电控吸附膜为阳极，施加二次电压进行再生，而后完成再生并排出电解液。

2.根据权利要求1所述的电控吸附膜组件，其特征在于，所述电控吸附装置包括电控吸附膜以及中空支撑网。

3.根据权利要求1所述的电控吸附膜组件，其特征在于，所述电控吸附膜通过电控吸附膜导线与电压控制器相连接。

4.根据权利要求1所述的电控吸附膜组件，其特征在于，所述导电层通过外壳导线与电压控制器相连接。

5.根据权利要求1所述的电控吸附膜组件，其特征在于，所述固定装置用于固定电控吸附装置。

6.根据权利要求1所述的电控吸附膜组件，其特征在于，所述固定装置包括密封槽和O型圈。

7.根据权利要求6所述的电控吸附膜组件，其特征在于，所述O型圈固定设置于密封槽内部。

8.根据权利要求1所述的电控吸附膜组件，其特征在于，外壳体的材质包括聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。

9.根据权利要求1所述的电控吸附膜组件，其特征在于，所述导电层的材质包括钛、钌或钛钌复合材料中的任意一种或至少两种的组合。

10.根据权利要求1所述的电控吸附膜组件，其特征在于，所述电控吸附膜导线包括金属铂导线、金属钛导线或金属钌导线中的任意一种或至少两种的组合。

11.根据权利要求1所述的电控吸附膜组件，其特征在于，所述电控吸附膜包括中空纤维膜或平板膜。

12.根据权利要求2所述的电控吸附膜组件，其特征在于，所述电压控制器包括稳压直流电源。

13.一种如权利要求1-12任一项所述电控吸附膜组件的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：

（1）向电控吸附膜组件内部添加电解液，而后插头插入电源，通过电压控制器控制电控吸附膜为阴极，并施加一次电压进行解吸，完成脱附并排出解析后的电解液；

（2）再次向电控吸附膜组件内部添加电解液，并通过电压控制器控制电控吸附膜为阳极，施加二次电压进行再生，而后完成再生并排出电解液。

14.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，步骤（1）所述电解液的添加量为所述电控吸附膜组件内部体积的50-90%。

15.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，步骤（1）所述施加一次电压为0.1-10V。

16.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，步骤（1）所述施加一次电压的时间为1-30min。

17.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，步骤（2）所述电解液的添加量为所述电控吸附膜组件内部体积的50-90%。

18.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，步骤（2）所述施加二次电压为0.1-10V。

19.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，步骤（2）所述施加二次电压的时间为1-30min。

20.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，所述电解液包括氯化钾、硝酸钠、氯化钠、硝酸钾、硫酸钠或硫酸钾中的任意一种或至少两种的组合。

21.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，所述电解液的浓度为0.001-1mol/L。

22.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：

（1）向电控吸附膜组件内部添加浓度为0.001-1mol/L电解液，而后插头插入电源，并通过电压控制器控制电控吸附膜为阴极，并施加0.1-10V的电压进行解吸1-30min，完成脱附并排出解析后的电解液；所述电解液的添加量为所述电控吸附膜组件内部体积的50-90%；

（2）再次向电控吸附膜组件内部添加浓度为0.001-1mol/L电解液，并通过电压控制器控制电控吸附膜为阳极，并施加0.1-10V的电压进行再生1-30min，而后完成再生并排出电解液；所述电解液的添加量为所述电控吸附膜组件内部体积的50-90%。

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