一种水处理电化学Janus膜反应器

本技术涉及化学设备，具体涉及一种水处理电化学janus膜反应器。

背景技术：

1、有机微污染物，包括农药、药品、个人护理产品及内分泌干扰物等，通常以非常低的浓度存在于废水中，这会对自然环境及人类健康造成严重的危害。芬顿是高级氧化过程的重要组成部分，利用芬顿试剂(通常是fe2+和h2o2)产生的活性氧来降解有机物，其凭借对有机污染物的选择性高、反应速率快以及矿化程度高等优点受到广泛关注，但本身也存在ph操作范围受限、大量铁污泥的产生、严苛化学试剂需求等缺点，使大规模应用受到限制。

2、由芬顿化学发展而来的电芬顿技术可以有效解决上述问题，但在实际应用中也存在一些必须要克服的缺点。电芬顿技术发生在气-液-固三项界面，而传统的电芬顿技术一般在烧杯状反应器中使用传统的板电极进行，这导致电极表面传质限制和电极电活性面积利用不足，其对有机物的氧化作用仅发生在电极表面1μm处，限制了进一步的规模化应用。

3、膜电极作为一种多孔流动电极，可以将膜过滤与电化学高级氧化技术耦合，是上述问题有前景的解决方案。反应性电化学膜系统通过强制溶液对流穿过膜本身的微孔结构，解决了传统顺流式电化学氧化系统传质受限的问题，显著提高了污染物的去除效果。经文献报道膜电极表面的传质速率常数比传统的平板电极高3至10倍，电活性面积可增加2至619倍(membrane electrodes for electrochemical advanced oxidation processes:preparation,self-cleaning mechanisms and prospects,chemical engineeringjournal 451(2023)138907)。因此反应性电化学膜系统被认为是净化微污染水体的理想高级氧化技术。cn111170567b公开了一体式电化学耦合膜曝气生物膜反应器及其应用，其中一体式电化学耦合膜曝气生物膜反应器依赖将氧气以直接爆气的形式打入水中，使水体维持氧饱和的形式，但水中本身可溶解的氧气较少，极大限制了反应速度。

4、janus膜是近年来膜研究领域一个新兴的概念，是指膜两侧具有形貌结构或化学组成不对称性的膜材料，即膜两侧呈形貌结构或化学组成的各向异性。这种非对称各向异性赋予janus膜优于传统均相膜的某些优异的物理、化学、生物等性能。基于其展现出的优异性能，科研工作者研究发现janus膜在液体操纵、高效油水分离、界面传质等方面具有极大的应用潜力。近5年来，随着探索和研究的不断深入，使得janus膜材料从制备方法、性质探究到应用拓展取到了较为迅速的发展。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水处理电化学janus膜反应器，将膜过滤与电化学高级氧化技术耦合，从而高效去除水中难降解污染物。

2、本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、一种水处理电化学janus膜反应器，包括反应器主体和反应器上盖组件，所述反应器上盖组件与反应器主体通过螺纹连接密封。

4、所述反应器主体包括进液管、出液管、进气管、出气联通管和过滤砂芯，所述进液管、出液管、进气管和出气联通管均与反应器主体连接，所述过滤砂芯固定在反应器主体内下部；

5、所述反应器上盖组件包括钛棒、固定螺栓、参比电极插口、对电极插口和钛环；所述钛棒与钛环焊接固定；所述钛棒为穿过参比电极插口和对电极插口；固定螺栓用于固定钛棒与反应器上盖组件。

6、进一步的，所述进液管一端设置进液口，所述进液管上安装进液阀；所述进气管一端设置进气口，所述进气管上安装进气阀；所述出液管一端设置出液口，所述出液管上安装出液阀；所述出气联通管一端设置出气联通口，所述出气联通管上安装出气联通阀。

7、进一步的，所述反应器主体为透明玻璃材质。

8、进一步的，所述反应器上盖组件为聚四氟乙烯材质。

9、本实用新型的优点和积极效果是：

10、1、本实用新型通过钛环与钛棒简易高效的给电化学janus膜进行供电，液体可通过自身重力作用及蠕动泵附加的额外压力的作用下顺利过膜。电化学janus膜上方为污水(液体)，下方为氧气(气体)，电化学janus膜负载催化剂(固体)，以此在电化学janus膜上构建了大量的气-液-固的三项界面。本实用新型顺利解决了传统顺流式电化学氧化系统传质受限及水中溶解氧较少的问题，显著提高了污染物的去除效果。

11、2、本实用新型将传统的封闭式反应器，改为流通式反应器；将传统的水中爆氧，改为氧气顺流；将传统的膜反应器，改为janus膜反应器。本实用新型结构简单、易于操作、成本低廉、性能优异，具有较好的工业化前景。

技术特征：

1.一种水处理电化学janus膜反应器，其特征在于：包括反应器主体(14)和反应器上盖组件(17)，所述反应器上盖组件(17)与反应器主体(14)通过螺纹连接密封；

2.根据权利要求1所述的水处理电化学janus膜反应器，其特征在于：所述进液管(18)一端设置进液口(15)，所述进液管(18)上安装进液阀(16)；所述进气管(19)一端设置进气口(10)，所述进气管(19)上安装进气阀(11)；所述出液管(20)一端设置出液口(8)，所述出液管(20)上安装出液阀(9)；所述出气联通管(21)一端设置出气联通口(5)，所述出气联通管(21)上安装出气联通阀(7)。

3.根据权利要求1所述的水处理电化学janus膜反应器，其特征在于：所述反应器主体(14)为透明玻璃材质。

4.根据权利要求1所述的水处理电化学janus膜反应器，其特征在于：所述反应器上盖组件(17)为聚四氟乙烯材质。

技术总结
本技术涉及一种水处理电化学Janus膜反应器，包括反应器主体和反应器上盖组件，所述反应器上盖组件与应器主体通过螺纹连接密封。本技术通过钛环与钛棒简易高效的给电化学Janus膜进行供电，液体可通过自身重力作用及蠕动泵附加的额外压力的作用下顺利过膜。电化学Janus膜上方为污水(液体)，下方为氧气(气体)，电化学Janus膜负载催化剂(固体)，以此在电化学Janus膜上构建了大量的气‑液‑固的三项界面。本技术顺利解决了传统顺流式电化学氧化系统传质受限及水中溶解氧较少的问题，显著提高了污染物的去除效果，结构简单、易于操作、成本低廉、性能优异，具有较好的工业化前景。

技术研发人员：李阳,冯传舜,范晓彬,陈朔,叶欢
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：20240325
技术公布日：2024/11/4