一种去除硫酸铵溶液中有机物的装置和方法及该装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种去除硫酸铵溶液中有机物的装置和方法及该装置的制造方法，包括外壳以及同轴安装在外壳内的电处理装置；外壳上连接分别位于电处理装置两端的进水管和出水管；电处理装置包括层叠缠绕的柔性材料，柔性材料包括交错叠放的两层导电吸附层和两层绝缘层，其中，每层导电吸附层均连接平行于电处理装置轴线的若干根电极棒，且在柔性材料处于层叠缠绕完成的状态时，同一导电吸附层上的电极棒连接同一根引线，引线均穿出外壳。使用时，将引线分别与外接电源相连并通电，将含有有机物的硫酸铵溶液通入外壳并经过电处理装置处理，本发明中通过设置导电吸附层，能够对有机物进行吸附，并结合电极棒对所吸附的有机物进行催化降解。
【专利说明】
一种去除硫酸按溶液中有机物的装置和方法及该装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水处理领域，具体涉及一种去除硫酸铵溶液中有机物的装置和方法及该装置的制造方法。
【【背景技术】】
[0002]某公司在生产过程的副产物为较高浓度的硫铵溶液，该溶液可以浓缩结晶处硫酸铵产品，但由于主生产工艺的原因，使硫铵溶液中含有较大量的有机物，主要为分散油和溶解油。由于没有有效的办法将这些杂质去除，导致最终的结晶硫酸铵产品中有机物含量过高，严重影响了硫酸铵产品的质量。并且由于在前级工艺中其加入了表面活性剂，使得油类非常好地分散在硫酸铵溶液中，形成了透明均一的溶液。
[0003]水中有油类物质的分离主要有重力分离法、离心分离法、气浮分离法、吸附分离法、气浮分离法、膜分离法和电分离法等，这些方法对本专利中涉及到的高浓度硫铵溶液的处理效果非常有限，要么是无法达到处理要求，要么是操作过程复杂，成本过高。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明的目的就是为了克服以上技术的不足，提供一种去除硫酸铵溶液中有机物的装置和方法及该装置的制造方法，该装置制作简单，且用在水处理中，能够有效去除硫酸铵溶液中的有机物。
[0005 ]本发明装置通过以下技术方案实现:
[0006]包括竖直的外壳以及同轴安装在外壳内的电处理装置;外壳上连接进水管和出水管，且进水管和出水管分别位于电处理装置的两端；
[0007]电处理装置包括层叠缠绕的柔性材料，柔性材料包括交错叠放的两层导电吸附层和两层绝缘层，其中，每层导电吸附层上均连接平行于电处理装置轴线的若干根电极棒，且在柔性材料处于层叠缠绕完成的状态时，同一导电吸附层上的电极棒连接同一根引线，弓丨线均穿出外壳。
[0008]进一步地，外壳为两端开口的筒形，且两端均连接用于封端的套管，其中进水管连接在一端套管上，引线穿出另一端套管；出水管连接在外壳侧壁上。
[0009]进一步地，引线和出水管均位于外壳的上端，且引线和电极棒的接触点高于出水管。
[0010]进一步地，导电吸附层均采用活性碳布、活性碳毡或活性碳纤维；电极棒的材料为钛、二氧化锡、铂、钌铱或石墨；绝缘层的材料为无纺布；外壳的材料为聚四氟乙烯、PVC、PPR、铸铁、不锈钢、玻璃或有机玻璃。
[0011 ] 进一步地，电处理装置的直径为5?10cm，长度为30?300cm。
[0012]本发明装置的制造方法采用如下技术方案:包括以下步骤:
[0013]首先将两层绝缘层和两层导电吸附层交错叠放在一起;将电极棒分别置于导电吸附层上，以其中一端为起点，将导电吸附层、绝缘层和导电吸附层上的电极棒向另一端层叠缠绕;将层叠缠绕后的电极棒锁紧，并将同一导电吸附层上的电极棒连接同一根引线，形成电处理装置；
[0014]然后将电处理装置同轴安装在外壳内，并将引线引出外壳外，完成去除硫酸铵溶液中有机物的装置的制作。
[0015]本发明去除硫酸铵溶液中有机物的方法的技术方案是:包括以下步骤:
[0016]首先将引线分别与外接电源的正负极相连并通电，然后将含有有机物的硫酸铵溶液通过进水管进入外壳，并经过电处理装置到达出水管进行排水，完成硫酸铵溶液中有机物的去除。
[0017]进一步地，硫酸铵溶液中有机物的浓度为350?400mg/L。
[0018]进一步地，硫酸铵溶液的流速为I?50L/min。
[0019]进一步地，外接电源的电压为I?18V。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0021]本发明装置中通过设置两层导电吸附层，能够在导电情况下对有机物进行吸附，并结合电极棒对所吸附的有机物进行催化降解;通过绝缘层将两层导电吸附层隔开，防止两导电吸附层之间短路;本发明中电处理装置竖直放置，保证溶液与柔性材料的充分接触；溶液经过电处理装置，有机物首先吸附于导电吸附材料表面，然后通过电催化降解最终生成二氧化碳和水，从溶液中除去。本发明通过在每层导电吸附层上分别设置若干根电极棒，保证吸附效果均匀。本发明将吸附和电催化降解有机结合去除硫铵溶液中的有机物(主要是分散油和溶解油)，去除效率高。
[0022]进一步地，本发明电极棒和出水管均安装在装置上侧，使待处理的溶液下进上出，利于提高处理效率，且引线和电极棒的接触点高于出水管，有效防止溶液对电极棒与引线接触点的腐蚀。
[0023]进一步地，本发明所选用的导电吸附层的材料具有耐油、耐酸碱等特点，与有机物具有良好的亲和性，比表面积大，吸附容量大，导电性能好，并且可以多次反复使用，无需清洗、操作简单，成本低。
[0024]本发明装置的制造方法简单。
[0025]本发明去除有机物的方法中只需将电极正负极施加适当电压，使含有有机物的铵盐溶液通过该电处理装置过滤，溶液中的有机成分吸附在导电吸附层上并被电解掉，流出液体为较纯净的硫酸铵溶液，可以作后续的浓缩结晶，且提高结晶硫铵产品的质量。本发明将导电吸附层的吸附特性和电极电催化作用相结合，使得被处理水从芯棒与壳体之间通过时有机物被去除，经过本发明方法可以将硫铵溶液中的TOC从350?400mg/L降到2?5mg/L，有机物去除率达到98%以上，处理方便、步骤简单且高效，处理过程中简单，成本低。
【【附图说明】】
[0026]图1为本发明中导电吸附层和电极棒的结构示意图；
[0027]图2是本发明中绝缘层的结构示意图；
[0028]图3是本发明导电吸附层、电极棒和绝缘层叠放的结构示意图；
[0029]图4是本发明电处理装置制作示意图；
[0030]图5为本发明电处理装置结构示意图；
[0031 ]图6是本发明装置的结构示意图。
[0032]其中:H-第一导电吸附层;21-第一电极棒;22-第二电极棒;23-第三电极棒;24-第四电极棒;31 -第一绝缘层;4-电处理装置;5-引线;6-套管;7-出水管;8-进水管;9-外壳。
【【具体实施方式】】
[0033]参见图1至图6，本发明包括外壳9以及同轴安装在外壳9内的电处理装置4。
[0034]电处理装置4包括层叠缠绕的柔性材料，柔性材料包括从里向外依次叠放的第一导电吸附层11、第一绝缘层31、第二导电吸附层和第二绝缘层;本发明中每层导电吸附层上至少连接一根电极棒，为了提高吸附效率和均匀率，以下以每层导电吸附层连接两根电极棒为例。
[0035]其中，第一导电吸附层11平行于电处理装置4轴线的两端分别连接第一电极棒21和第二电极棒22，第二导电吸附层平行于电处理装置4轴线的两端分别连接第三电极棒23和第四电极棒24;且在柔性材料处于层叠缠绕完成的状态时，同一导电吸附层上的两根电极棒连接同一根引线5，即第一电极棒21和第二电极棒22连接一根引线5，第三电极棒23和第四电极棒24连接另一根引线5，引线5均穿出外壳9，能够与电源正负极分别相连。
[0036]外壳9为两端开口的筒形，且两端均连接用于封端的套管6，其中一端的套管6上连通进水管8;引线5穿过另一端套管6;外壳9侧壁上连接出水管7，且进水管8和出水管7分别位于电处理装置4的两端。
[0037]第一导电吸附层11和第二导电吸附层均采用活性碳布、活性碳毡或活性碳纤维等中的一种或几种，其中每层导电吸附层可以是单一的材料，也可以是几种材料拼接形成的，且第一导电吸附层11和第二导电吸附层可以完全相同，也可以不同，可以任意组合;第一电极棒21、第二电极棒22、第三电极棒23和第四电极棒24的材料均为钛、二氧化锡、铂、钌铱或石墨；第一绝缘层31和第二绝缘层的材料均为无纺布；外壳9的材料为聚四氟乙烯、PVC、PPR、铸铁、不锈钢、玻璃或有机玻璃(PMMA)，形状可以是圆柱状、方柱状等容易成型的形状。
[0038]电处理装置4的直径为5?100cm，优选5?1cm;长度为30?300cm，优选30?60cm。
[0039 ]本发明装置的制造方法包括以下步骤:
[0040]首先按从上到下的顺序依次将长方形的第一导电吸附层11、第一绝缘层31、第二导电吸附层和第二绝缘层叠放在一起，使第一导电吸附层11和第二导电吸附层中间通过无纺布分开;将第一电极棒21和第二电极棒22分别置于第一导电吸附层11的两端，将第三电极棒23和第四电极棒24分别置于第二导电吸附层的两端，以其中一端为起点，将导电吸附层、绝缘层和该端的两个电极棒一起向另一端层叠缠绕，保证一定的紧实度，并以扎带扣紧，使导电吸附层与该层对应的电极棒之间导通良好，以第一导电吸附层11为例，当装置通电时，第一导电吸附层11对应的引线5-第一电极棒21和第二电极棒22-第一导电吸附层11导通，两导电吸附层之间由于无纺布隔离而相互绝缘，防止短路;然后，将同一导电吸附层上的两根电极棒连接同一根引线5，形成电处理装置4。
[0041 ]然后将电处理装置4同轴安装在外壳9内，并将引线5引出外壳9外，完成去除硫酸铵溶液中有机物的装置的制作。
[0042]本发明去除硫酸铵溶液中有机物的方法，包括以下步骤:
[0043]首先将本发明装置竖直放置，使得进水管8在下侧，出水管7和引线5均在上侧，保证溶液与柔性材料的充分接触，且此时电极棒均位于电处理装置4的上部，引线5和电极棒的接触点高于出水管7的水平线，能够有效防止溶液对电极棒与引线5接触点的腐蚀;将引线5分别与外接电源的正负极相连并通电，调节电压为I?18V之间，然后将含有有机物的硫酸铵溶液通过进水管8栗入外壳9，使含有有机物的硫酸铵溶液经过电处理装置4，在导电吸附层的吸附和电催化共同作用下，使硫铵溶液中的有机物被吸附后降解去除，最终生成二氧化碳和水，并从下端的出水管7进行排水，出水即为净化后的硫酸铵溶液，完成硫酸铵溶液中有机物的去除。
[0044]本发明中处理的硫酸铵溶液中硫酸铵的浓度可高达30g/L，一般0.2?30g/L的硫酸铵溶液，其中含有有机物的浓度为350?400mg/L时，流速为I?50L/min。
[0045]实施例1
[0046]以活性碳布为导电吸附材料，以无纺布为绝缘材料，以钌铱材料作电极棒，制备成直径10cm，长60cm的柱状电处理装置。外加电压为2V，硫铵溶液中的TOC浓度为356mg/L，流经电处理装置的流速为2L/min，处理后硫铵的TOC浓度为4mg/L。
[0047]实施例2
[0048]以活性碳毡为导电吸附材料，以无纺布为绝缘材料，以钛材料作电极棒，制备成直径10cm，长50cm的柱状电处理装置。外加电压为2.5V，硫铵溶液中的TOC浓度为383mg/L，流经电处理装置的流速为1.5L/min，处理后硫铵的TOC浓度为3.6mg/L。
[0049]实施例3
[0050]以活性碳纤维为导电吸附材料，以无纺布为绝缘材料，以石墨棒作电极棒，制备成直径5cm，长40cm的柱状电处理装置。外加电压为5V，硫铵溶液中的TOC浓度为397mg/L，流经电处理装置的流速为3L/min，处理后硫铵的TOC浓度为5mg/L。
[0051 ] 实施例4
[0052]以活性碳纤维为导电吸附材料，以无纺布为绝缘材料，以铂丝作电极棒，制备成直径5cm，长30cm的柱状电处理装置。外加电压为10V，硫铵溶液中的TOC浓度为361mg/L，流经电处理装置的流速为5L/min，处理后硫铵的TOC浓度为3mg/L。
[0053]实施例5
[0054]以活性碳布和活性碳毡分别作为两层导电吸附层的材料，以无纺布为绝缘材料，以二氧化锡作电极棒，制备成直径100cm，长300cm的柱状电处理装置。外加电压为18V，硫铵溶液中的TOC浓度为350mg/L，流经电处理装置的流速为50L/min，处理后硫铵的TOC浓度为2.6mg/L。
[0055]实施例6
[0056]以活性碳布、活性碳毡和活性碳纤维均匀拼接，然后作为两层导电吸附层的材料，以无纺布为绝缘材料，以石墨作电极棒，制备成直径50m，长200cm的柱状电处理装置。外加电压为16V，硫铵溶液中的TOC浓度为400mg/L，流经电处理装置的流速为40L/min，处理后硫铵的TOC浓度为2mg/L。
[0057]实施例7
[0058]以活性碳布作为第一导电吸附层的材料，以活性碳毡和活性碳纤维均匀拼接作为第二导电吸附层的材料，以无纺布为绝缘材料，以铂作电极棒，制备成直径80m，长10cm的柱状电处理装置。外加电压为12V，硫铵溶液中的TOC浓度为370mg/L，流经电处理装置的流速为30L/min，处理后硫铵的TOC浓度为3.lmg/L。
[0059]本发明提供了一种高浓度铵盐溶液中有机物的处理方法，尤其是结晶硫酸铵溶液生产过程中有机物的净化;首先设计构架一套电处理装置，电极主要以活性碳纤维毡为主体，无纺布为绝缘层，TiAr-RuO2电极为正负极引出线组合而成。本发明将吸附和电催化作用相结合，具有吸附和导电功能的碳材料、电极棒、无纺布和腔体外壳等组件，制备出具有吸附和电催化双重作用的电处理装置，然后外接电源并处理含有有机物的硫酸铵溶液，使硫酸铵溶液中的有机物降到非常低的水平;而且本发明通过吸附和电催化结合的方式去除硫钱溶液中的有机物，利于提尚结晶硫钱广品质量。
[0060]本发明通过将正负电极与两片导电碳材料堆叠在一起，将电极棒分别置于长方形导电碳材料两端；中间用两层无纺布分开，沿一边向另一边紧紧卷起;然后将包裹紧实的电极锁紧，并将两正极(两负极)相连，合并为一根并引出。将电极放入腔体外壳内，并可以适量加工美化装置。本发明将吸附作用和电催化作用相结合，开发出一种硫铵溶液中有机物的高效去除方法。主要包括电处理装置的制备和硫铵溶液中有机物的处理两部分，其核心部分为电处理装置。
【主权项】
1.一种去除硫酸铵溶液中有机物的装置，其特征在于:包括竖直的外壳(9)以及同轴安装在外壳(9)内的电处理装置(4);外壳(9)上连接进水管(8)和出水管(7)，且进水管(8)和出水管(7)分别位于电处理装置(4)的两端； 电处理装置(4)包括层叠缠绕的柔性材料，柔性材料包括交错叠放的两层导电吸附层和两层绝缘层，其中，每层导电吸附层上均连接平行于电处理装置(4)轴线的若干根电极棒，且在柔性材料处于层叠缠绕完成的状态时，同一导电吸附层上的电极棒连接同一根引线(5)，引线(5)均穿出外壳(9)。2.根据权利要求1所述的一种去除硫酸铵溶液中有机物的装置，其特征在于:外壳(9)为两端开口的筒形，且两端均连接用于封端的套管(6)，其中进水管(8)连接在一端套管(6)上，引线(5)穿出另一端套管(6);出水管(7)连接在外壳(9)侧壁上。3.根据权利要求1所述的一种去除硫酸铵溶液中有机物的装置，其特征在于:引线(5)和出水管(7)均位于外壳(9)的上端，且引线(5)和电极棒的接触点高于出水管(7)。4.根据权利要求1所述的一种去除硫酸铵溶液中有机物的装置，其特征在于:导电吸附层均采用活性碳布、活性碳毡或活性碳纤维；电极棒的材料为钛、二氧化锡、铂、钌铱或石墨;绝缘层的材料为无纺布;外壳(9)的材料为聚四氟乙烯、PVC、PPR、铸铁、不锈钢、玻璃或有机玻璃。5.根据权利要求1所述的一种去除硫酸铵溶液中有机物的装置，其特征在于:电处理装置(4)的直径为5?100cm，长度为30?300cmo6.—种基于权利要求1所述的去除硫酸铵溶液中有机物的装置的制造方法，其特征在于:包括以下步骤: 首先将两层绝缘层和两层导电吸附层交错叠放在一起;将电极棒分别置于导电吸附层上，以其中一端为起点，将导电吸附层、绝缘层和导电吸附层上的电极棒向另一端层叠缠绕;将层叠缠绕后的电极棒锁紧，并将同一导电吸附层上的电极棒连接同一根引线(5)，形成电处理装置(4); 然后将电处理装置(4)同轴安装在外壳(9)内，并将引线(5)引出外壳(9)外，完成去除硫酸铵溶液中有机物的装置的制作。7.—种利用权利要求1所述的装置去除硫酸铵溶液中有机物的方法，其特征在于:包括以下步骤: 首先将引线(5)分别与外接电源的正负极相连并通电，然后将含有有机物的硫酸铵溶液通过进水管(8)进入外壳(9)，并经过电处理装置(4)到达出水管(7)进行排水，完成硫酸铵溶液中有机物的去除。8.根据权利要求7所述的去除硫酸铵溶液中有机物的方法，其特征在于:硫酸铵溶液中有机物的浓度为350?400mg/L。9.根据权利要求7所述的去除硫酸铵溶液中有机物的方法，其特征在于:硫酸铵溶液的流速为I?50L/min。10.根据权利要求7所述的去除硫酸铵溶液中有机物的方法，其特征在于:外接电源的电压为I?18V。
【文档编号】C02F101/30GK105948161SQ201610422050
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】延卫, 李晓良, 杨鸿辉, 冯江涛
【申请人】西安交通大学