一种多通道电催化炭膜的制作方法

本实用新型涉及一种多通道电催化炭膜，具体涉及一种结构为多通道电催化炭膜。

背景技术：

炭膜材料是一种由含碳物料作为前躯体经炭化工艺制备出的炭基膜材料，相比于高分子膜材料，具有化学稳定性好、热稳定性好、易于清洗再生等优势，相比于陶瓷等无机膜而言，其显示出优异导电性，在气体分离、废水处理、膜蒸馏、膜反应器等方面展现出良好的应用前景，得到了人们的广泛关注。

在前期工作中，本课题组开发了煤基炭膜(CN 1490076A)、导电炭膜(CN102527257 A)和纤维增强平板状炭膜(CN 103272490 A)等制备方法，公开了具有优异导电性能、机械性能的炭膜，并开发出了用于废水处理的具有自清洁功能的电催化炭膜材料及反应器(CN 101559332A、CN 201534790 U、CN 101597096A)，在含油废水、染料废水和含酚废水等的处理领域已取得良好的研究成果。

目前，应用在水处理方面的炭膜材料从外观上主要可分为中空纤维、管式和平板式等。其中中空纤维炭膜由于其生产过程复杂，膜本身机械强度较差，在应用上受到了较大限制；管式炭膜主要包括单通道和多通道两种，制备方法简单，应用技术成熟，但存在单位体积下有效分离面积小，压力降大，机械强度偏低以及电极间距和电流密度等不易调整等问题；板式炭膜通过压铸成型等方式制备而成，具有膜分离面积较大，压力降较小，结构简单，安装方便等优点，但是在应用过程中组件密封存在较大问题，同时在膜面积较大时，膜受到的压力较大，需要较大厚度的膜来提供足够的机械强度，致使膜本身体积和传质阻力较大，影响处理效果。

技术实现要素：

针对现有水处理炭膜的外形及性能上的不足，本实用新型目的是提供一种优化的多通道电催化炭膜，在传统挤出工艺上，调整成型模具和工艺，制备出具有多通道的多孔炭膜，在此基础上通过物理掺杂、浸渍涂覆、电化学沉积和气相沉积等方式负载催化剂层，提高炭膜的电催化性能。该炭膜制备工艺简单，并且具有结构紧凑、有效处理面积大和机械强度大等优点，同时改善了传统板式炭膜的密封困难、单位体积有效处理面积较小、电催化效率较低等问题，具有广阔的应用前景。

一种多通道电催化炭膜，所述炭膜包括炭膜基体和炭膜基体其上担载的催化剂，所述炭膜基体为管式或平板式炭膜基体，在炭膜基体内部设有若干贯穿炭膜基体内部且相互平行的通道；所述催化剂均匀分布在炭膜的裸露面上。

本发明所述炭膜基体为管式或平板式多孔炭膜。

本发明所述炭膜的裸露面为炭膜外表面、通道表面以及炭膜基体内部的孔道。

进一步地，所述通道的截面为正方形、长方形、三角形、平行四边形、梯形、圆形或扇形中的至少一种。

本实用新型一个优选的技术方案为：多通道电催化炭膜，所述炭膜包括炭膜基体和炭膜基体其上担载的催化剂，所述炭膜基体为管式炭膜基体，在炭膜基体内部设有若干贯穿炭膜基体内部且相互平行的通道；所述催化剂均匀分布在炭膜的裸露面上。

其中，所述通道沿与管式炭膜基体的轴线相平行的方向设置。

进一步地，上述管式炭膜基体的截面为圆形或正六边形。

更进一步地，上述管式炭膜基体内部的所有通道的截面为均为直径相等的圆形，且通道均匀分布于炭膜基体内部。

或者，上述管式炭膜基体内部的所有通道的截面为均为圆形，且各圆形直径不等；进一步地，位于炭膜基体圆形截面中心的圆形通道截面大于位于其四周的圆形通道截面。

或者，位于炭膜基体圆形截面中心的通道截面为圆形，其四周均匀分布的通道的截面为扇形。

更进一步地，所述管式炭膜基体截面直径为5mm～1000mm，轴向长度为50mm～5000mm。

本实用新型另一个优选的技术方案为：多通道电催化炭膜，所述炭膜包括炭膜基体和炭膜基体其上担载的催化剂，所述炭膜基体为平板式炭膜基体，在炭膜基体内部设有若干贯穿炭膜基体内部且相互平行的通道；所述催化剂均匀分布在炭膜的裸露面上。

其中，所述通道沿与平板式炭膜基体的长度方向相平行的方向设置。

进一步地，上述平板炭膜基体的截面为矩形。

更进一步地，上述平板式炭膜基体内部的所有通道的截面为均为直径相等的矩形或正方形，且通道均匀分布于炭膜基体内部。

或者，上述平板式炭膜基体内部的所有通道的截面为均为矩形，且各矩形不等；进一步地，位于炭膜基体矩形截面中心的矩形通道截面大于位于其四周的矩形通道截面。

更进一步地，所述炭膜基体为平板式炭膜基体，所述平板式炭膜基体整体厚度为5mm～1000mm，长度为50mm～5000mm，宽度为10mm～2000mm，炭膜基体的膜层厚度为1mm～100mm。

上述技术方案中，所述膜层厚度指的是炭膜基体最靠近炭膜基体外表面的通道的内壁表面到基体外表面的距离。

本实用新型的益处效果为：本实用新型提供的多通道电催化炭膜的制备工艺简单，结构紧凑，在同等体积下，有效处理面积大，机械强度高，同时担载了催化剂，并均匀分布在炭膜的外表面和通道的表面以及膜体相的孔道中，大大增强了炭膜的电催化降解效率，改善了单位体积有效处理面积较小、机械强度差以及电催化效率较低等问题，在废水处理领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1所述多通道炭膜的横截面结构示意图(多通道中空板式1)；

图2为实施例2所述多通道炭膜的横截面结构示意图(多通道中空板式2)；

图3为实施例3所述多通道炭膜的横截面结构示意图(多通道中空板式3)；

图4为实施例4所述多通道炭膜的横截面结构示意图(多通道管式1)；

图5为实施例5所述多通道炭膜的横截面结构示意图(多通道管式2)；

图6为实施例6所述多通道炭膜的横截面结构示意图(多通道管式3)；

图7为实施例7所述多通道炭膜的横截面结构示意图(多通道管式4)。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

一种多通道电催化炭膜所述炭膜包括炭膜基体和炭膜基体其上担载的催化剂，所述炭膜基体为平板式炭膜基体，在炭膜基体内部设有若干贯穿炭膜基体内部且相互平行的通道；催化剂均匀分布在炭膜的外表面、通道的表面以及炭膜基体内部的孔道中，其中，所述通道沿与平板式炭膜基体的长度方向相平行的方向设置。所述平板炭膜基体的截面为矩形。所述平板式炭膜基体内部的所有通道的截面均为尺寸相等的矩形，且通道成一列均匀分布于炭膜基体内部。

尺寸参数如下：平板式炭膜基体的整体宽度为90mm，厚度为10mm，长度为400mm，膜层的厚度为2.5mm，矩形通道共有7个，高为5mm，宽为10mm，均匀分布在炭膜基体内部。

实施例2

一种多通道电催化炭膜所述炭膜包括炭膜基体和炭膜基体其上担载的催化剂，所述炭膜基体为平板式炭膜基体，在炭膜基体内部设有若干贯穿炭膜基体内部且相互平行的通道；催化剂均匀分布在炭膜的外表面、通道的表面以及炭膜基体内部的孔道中，其中，所述通道沿与平板式炭膜基体的长度方向相平行的方向设置。所述平板炭膜基体的截面为矩形。所述平板式炭膜基体内部的所有通道的截面均为尺寸相等的矩形，且通道均匀成两列均匀分布于炭膜基体内部。

尺寸参数如下：平板式炭膜基体的整体宽度为210mm，厚度为25mm，长度为500mm，膜层的厚度为3mm，矩形通道共有18个，高为8mm，宽为20mm，通道呈两列均匀分布于炭膜基体内部。

实施例3

一种多通道电催化炭膜所述炭膜包括炭膜基体和炭膜基体其上担载的催化剂，所述炭膜基体为平板式炭膜基体，在炭膜基体内部设有若干贯穿炭膜基体内部且相互平行的通道；催化剂均匀分布在炭膜的外表面、通道的表面以及炭膜基体内部的孔道中，其中，所述通道沿与平板式炭膜基体的长度方向相平行的方向设置。所述平板炭膜基体的截面为矩形。所述平板式炭膜基体内部的所有通道的截面均为矩形，其包括了位于炭膜基体矩形截面中心的矩形通道截面和位于该矩形通道截面一周的矩形通道截面。其中，位于炭膜基体矩形截面中心的矩形通道截面大于位于其四周的矩形通道截面。

尺寸参数如下：平板式炭膜基体的整体宽度为270mm，厚度为40mm，长度为500mm，膜层的厚度为4mm，大矩形通道1个，高为8mm，宽为224mm，位于炭膜基体中心，小矩形通道共30个，高为8mm，宽为15mm，均匀分布于大矩形通道的四周。

实施例4

一种多通道电催化炭膜所述炭膜包括炭膜基体和炭膜基体其上担载的催化剂，所述炭膜基体为管式炭膜基体，在炭膜基体内部设有若干贯穿炭膜基体内部且相互平行的通道；催化剂均匀分布在炭膜的外表面、通道的表面以及炭膜基体内部的孔道中，所述通道沿与管式炭膜基体的轴线相平行的方向设置。所述管式炭膜基体的截面为圆形。所述管式炭膜基体内部的所有通道的截面均为直径相等的圆形，且通道均匀分布于炭膜基体内部。

尺寸参数如下：管式炭膜基体截面的直径为50mm，轴向长度为300mm，圆形通道直径为10mm，圆形通道共有7个，一个分布在圆形截面的中心，其余6个均匀分布在其四周。

实施例5

一种多通道电催化炭膜所述炭膜包括炭膜基体和炭膜基体其上担载的催化剂，所述炭膜基体为管式炭膜基体，在炭膜基体内部设有若干贯穿炭膜基体内部且相互平行的通道；催化剂均匀分布在炭膜的外表面、通道的表面以及炭膜基体内部的孔道中，所述通道沿与管式炭膜基体的轴线相平行的方向设置。所述管式炭膜基体的截面为圆形。所述管式炭膜基体内部的所有通道的截面均为圆形，包括了位于炭膜基体圆形截面中心的圆形通道截面和位于该圆形通道截面一周的圆形通道截面。其中，位于炭膜基体圆形截面中心的圆形通道截面大于位于其四周的圆形通道截面。

尺寸参数如下：管式炭膜基体截面的直径为50mm，轴向长度为300mm，一个分布在圆形截面的中心，中心的圆形截面的直径为25mm，四周均匀分布有11个截面直径为8mm的圆形通道。

实施例6

一种多通道电催化炭膜所述炭膜包括炭膜基体和炭膜基体其上担载的催化剂，所述炭膜基体为管式炭膜基体，在炭膜基体内部设有若干贯穿炭膜基体内部且相互平行的通道；催化剂均匀分布在炭膜的外表面和通道的表面以及炭膜基体内部的孔道中，所述通道沿与管式炭膜基体的轴线相平行的方向设置。所述管式炭膜基体的截面为圆形。所述管式炭膜基体内部的通道的截面为圆形和扇形，包括了位于炭膜基体圆形截面中心的圆形通道截面和位于该圆形通道截面一周的扇形通道截面。

尺寸参数如下：管式炭膜基体截面的直径为50mm，轴向长度为400mm，一个分布在圆形截面的中心，中心的圆形通道直径为10mm，四周均匀分布有8个截面直径为12mm，圆心角为50°的扇形通道。

实施例7

一种多通道电催化炭膜所述炭膜包括炭膜基体和炭膜基体其上担载的催化剂，所述炭膜基体为管式炭膜基体，在炭膜基体内部设有若干贯穿炭膜基体内部且相互平行的通道；催化剂均匀分布在炭膜的外表面和通道的表面以及炭膜基体内部的孔道中，所述通道沿与管式炭膜基体的轴线相平行的方向设置。所述管式炭膜基体的截面为正六边形。所述管式炭膜基体内部的所有通道的截面为均为直径相等的圆形，且通道均匀分布于炭膜基体内部。

尺寸参数如下：管式炭膜基体的截面为正六边形，正六边形边长为60mm，管式炭膜基体轴向长度为500mm，基体内部共有19个截面直径为8mm圆形通道，均匀分布在基体内部。