三明治结构膜过滤装置的制作方法

本实用新型属于膜过滤技术领域，具体涉及一种三明治结构膜过滤装置。

背景技术：

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

膜法水处理技术被认为的解决当前水问题的最有效技术之一。该技术具有处理效率高、占地面积小、无二次污染等特点，因此被广泛应用于各种污水处理工艺中。然而，膜污染会导致膜通量急速下降、处理效率降低、成本升高等一系列负面效果，因此成为了制约膜技术广泛应用的瓶颈性问题。现存的膜过滤装置无法对荷电的污水进行高效截留，而且不具备提升膜抗污染性能的能力。例如pvdf膜对bsa溶液过滤时，其不可逆污染达到40％。因此，提供一种高效截留、抗污染、低成本、易操作的可新型膜过滤装置十分必要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是至少解决现存的膜过滤装置普遍存在无法对荷电的污水进行高效截留，并且不具备提升膜抗污染性能的能力的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提出了一种三明治结构膜过滤装置，所述三明治结构膜过滤装置包括：

过滤杯，所述过滤杯的杯底设有进水孔和进气孔；

三明治结构膜过滤单元，所述三明治结构膜过滤单元设于所述过滤杯的杯口，所述三明治结构膜过滤单元包括依次层叠设置的导电层、绝缘隔层、导电分离膜，其中所述导电层为多孔导电层，所述绝缘隔层为多孔绝缘层；

电源单元，所述电源单元的正极与所述导电层连接，所述电源单元的负极与所述导电分离膜连接。

根据本实用新型提出的三明治结构膜过滤装置可以高效地对荷电的污水进行截留并且能够有效地抵抗污染，防止膜被污染而降低处理效率。进行过滤操作时，将待处理的污水从杯底的进水口充入杯中，接通电源单元，将杯底的进气孔与外部的压力气源连接，对杯内施加压力，在压力的作用下，所述过滤杯内的待过滤污水向所述三明治结构膜过滤单元方向移动，通电的三明治结构膜过滤单元可以对污水中荷电的污染物进行精准截留和高效排斥，提升过滤膜的抗污染性能。

另外，根据本实用新型的膜过滤装置，还可具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述导电层为金属合金网。

在本实用新型的一些实施例中，所述金属合金网为不锈钢金属网。

在本实用新型的一些实施例中，所述绝缘隔层为橡胶隔层或硅胶隔层。

在本实用新型的一些实施例中，所述导电分离膜为聚合物-金属复合分离膜。

在本实用新型的一些实施例中，所述聚合物-金属复合分离膜为聚丙烯-铜复合分离膜或聚偏氟乙烯-镍复合分离膜。

在本实用新型的一些实施例中，所述电源单元的电压大小能够调节，并且/或者所述电源单元的电流输出方向能够调节。

在本实用新型的一些实施例中，所述进气孔的位置设置有能调节进气量的阀门。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本实用新型实施方式的三明治结构膜过滤装置的结构示意图；

图2示意性地示出了根据本实用新型实施方式的三明治结构膜过滤装置的三明治结构膜过滤单元的结构示意图；

附图中各标记表示如下：

10：三明治结构膜过滤装置；

20：三明治结构膜过滤单元、21：导电层、22：绝缘隔层、23：导电分离膜、

24：电源单元、241：正极、242：负极；

30：过滤杯、31：进水孔、32：进气孔、33：阀门；

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1和图2所示，根据本实用新型的实施方式，提出了一种三明治结构膜过滤装置10，包括：

过滤杯30，过滤杯30的杯底设有进水孔31和进气孔32；

三明治结构膜过滤单元20，三明治结构膜过滤单元20设于过滤杯30的杯口，三明治结构膜过滤单元20包括依次层叠设置的导电层21、绝缘隔层22、导电分离膜23，其中导电层21为多孔导电层，绝缘隔层22为多孔绝缘层；

电源单元24，电源单元24的正极241与导电层21连接，电源单元24的负极242与导电分离膜23连接。

本实用新型提出的三明治结构膜过滤装置10具有能够精准截留和高效排斥的三明治结构膜过滤单元20。进行过滤操作时，从进水孔31处充入污水，将进气孔32连接外部压力气源，接通电源单元24，过滤杯30内的污水受所述外部压力气源提供的压力向三明治结构膜过滤单元20方向移动，污水移动穿过三明治结构膜过滤单元20时，通电的导电层21和导电分离膜23使污水发生电极反应，截留污染物，同时通电的三明治结构膜过滤单元20能够抵抗污水，防止三明治结构膜过滤单元20被污染，实现对水中荷电的污染物的精准截留和高效排异。

在本实用新型的一些实施例中，导电层21为金属合金网，优选为不锈钢金属网。不锈钢金属网具有导电性，结构可靠并且耐腐蚀，通电后可以对附近的污水进行电极反应，网状的结构能够增大导电层21与污水的接触面积，提高过滤效率。导电层21还可以是其他导电性能良好，耐腐蚀的金属合金网，例如钛网。导电层21还可以是导电的非金属材料，例如碳纤维材料(石墨纤维毡、碳纤维毡、碳纤维布等)、碳纳米管泡沫。

在本实用新型的一些实施例中，绝缘隔层22为橡胶隔层或硅胶隔层。橡胶隔层和硅胶隔层能够有效地隔离两个电极，绝缘隔层还可以是其他的绝缘材料，例如耐腐蚀性能良好的多孔塑料网、滤布。

在本实用新型的一些实施例中，导电分离膜23为具有导电性能的分离膜，优选为聚合物-金属复合分离膜，例如聚丙烯-铜复合分离膜、聚偏氟乙烯-镍复合分离膜。不同聚合物和金属材料组合的聚合物-金属复合分离膜能够对不同污水实现精准过滤。导电分离膜23还可以是聚合物-非金属分离膜，例如聚偏氟乙烯-炭复合分离膜、聚乙烯-炭复合分离膜。

在本实用新型的一些实施例中，电源单元24的电压大小能够调节。可以根据不同材质的导电分离膜23在不同电压下对污水的截留率调节电源单元24的电压，以提高对污水的过滤效率。

例如聚丙烯-铜复合分离膜安装于本实用新型的膜过滤装置上，过滤刚果红溶液，从低到高调节电压，通过调节电压大小以设置电场强度，并记录不同电压下对刚果红的截留率数据。测试由氮气钢瓶提供，测试压力设置为0.1兆帕。实验结果显示，在电场为0v时，对截留率为42.86％，2v时为54.32％，7v时为65.50％，10v时为87.47％，15v时为94.12％，20v时达到99.51％。

聚偏氟乙烯-镍复合分离膜安装于本实用新型的膜过滤装置上，过滤刚果红溶液，从低到高调节电压，通过调节电压大小以设置电场强度，并记录不同电压下对刚果红的截留率数据。测试由氮气钢瓶提供，测试压力设置为0.1兆帕。实验结果显示，在电场为0v时，对截留率为51.33％，2v时为55.22％，7v时为69.19％，10v时为85.54％，15v时为92.34％，20v时达到97.93％。由此可见根据导电分离膜23和污染物的特性调节电源单元24的电压能够实现高效过滤。

在本实用新型的一些实施例中，电源单元24的电流输出方向能够调节。过滤时能调节电源单元24的电流输出方向，可以根据污染物的电特性调节电源单元24的电流输出方向，选择性地使污染物先发生阳极反应还是阴极反应，提高过滤效率。

在本实用新型的一些实施例中，进气孔32的位置设置有能够调节进气量的阀门33，通过调节阀门33可以调节过滤杯30内的压力，提高过滤效率。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。