一种生活废水/自来水电吸附氧化深度净化装置的制作方法

文档序号:19155900发布日期:2019-11-16 00:46阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种生活废水/自来水电吸附氧化深度净化装置,其特征在于,包括

三级净化系统(50);连接于三级净化系统(50)的三级净水收集系统(51)和尾液回收系统(52)。

2.根据权利要求1所述的生活废水/自来水电吸附氧化深度净化装置,其特征在于,

所述三级净化系统(50)包括三级净化系统壳体、生活废水或自来水入水口(1)、一级处理单元、二级处理单元和三级处理单元、液体分离器(24),所述生活废水或自来水入水口(1)、一级处理单元、二级处理单元和三级处理单元、液体分离器(24)由上而下设置在三级净化系统壳体内;

所述一级处理单元包括转子过滤器(3)、粗格栅层(4)、磁性纳米吸附剂层(5)、细格栅层(6),所述转子过滤器(3)设置于生活废水或自来水入水口(1)的下方,所述粗格栅层(4)、磁性纳米吸附剂层(5)、细格栅层(6)由上而下设置于三级净化系统壳体中,同时,所述粗格栅层(4)、磁性纳米吸附剂层(5)、细格栅层(6)分别接于三级净化系统壳体的内壁;

所述二级处理单元包括阴极一(8)、纳米粒子微电极(11)、金属网阳极(12)、阴极二(13);

所述阴极一(8)、金属网阳极(12)、阴极二(13)由上而下设置于三级净化系统壳体中,同时,所述阴极一(8)、金属网阳极(12)、阴极二(13)分别连接于三级净化系统壳体的内壁,所述纳米粒子微电极(11)均匀分布于阴极一(8)、金属网阳极(12)、阴极二(13)之间;

所述三级处理单元包括过渡金属修饰tio2-mofs膜复合电极(18)。

3.根据权利要求2所述的生活废水/自来水电吸附氧化深度净化装置,其特征在于,

所述阴极一(8)和阴极二(13)中的至少一个为铁氧体修饰改性碳纤维布电极;

阴极一(8)、金属网阳极(12)、阴极二(13)、tio2修饰mofs纳滤膜电极(18)分别连接于电源(23),阴极一(8)、金属网阳极(12)、阴极二(13)、tio2修饰mofs纳滤膜电极(18)与电源(23)之间分别设置有多向控制开关(19)、多向控制开关(20)多向控制开关(21)多向控制开关(22);

进一步地,所述电源(23)的电压范围为1-10v;

进一步地,所述金属网阳极(12)为铂丝网电极或不锈钢网电极;

进一步地,所述金属网阳极(12)的目数为35-120目。

4.根据权利要求2所述的生活废水/自来水电吸附氧化深度净化装置,其特征在于,

所述生活废水或自来水入水口(1)为咀部可控活门;

进一步地,所述细格栅层(6)和阴极一(8)之间,设置有多功能在线监测器(7),所述多功能在线监测器(7)外接于三级净化系统壳体上;

进一步地,所述细格栅层(6)和阴极一(8)之间设置有排气阀(9),所述排气阀(9)设置在三级净化系统(50)壳体上;

进一步地,所述排气阀(9)外接尾气吸收装置(10);

进一步地,所述过渡金属修饰tio2-mofs膜复合电极(18)下方,设置有微型气罐(14),所述微型气罐(14)外接于三级净化系统壳体上;所述微型气罐(14)和三级净化系统壳体通过管道连接,微型气罐(14)和三级净化系统壳体之间还设置有气体流量计(15)和电磁阀一(16);

进一步地,所述微型气罐(14)为微型氧气罐或臭氧发生器;

进一步地,所述液体分离器(24)设置在三级净化系统壳体的内部底端。

5.根据权利要求1所述的生活废水/自来水电吸附氧化深度净化装置,其特征在于,

所述三级净水收集系统(51)包括并列设置的3个储液罐,分别为冲洗水储液罐(32)、清洁水储液罐(33)、直饮水储液罐(34);

进一步地,所述三级净化系统(50)和净水收集系统(51)之间以电磁阀、液体流量计和管道连接;

进一步地,所述电磁阀设置为3个,分别为电磁阀一(26)、电磁阀二(27)、电磁阀三(28);

进一步地,所述液体流量计设置为3个,分别为液体流量计一(29)、液体流量计二(30)、液体流量计三(31);

进一步地,

尾液回收系统(52)包括废液储液罐(35)和尾液排液口(25);所述尾液排液口(25)设置于三级净化系统(50)壳体的下端,所述废液储液罐(35)通过管道连接于三级净化系统(50)壳体上。

6.根据权利要求2所述的生活废水/自来水电吸附氧化深度净化装置,其特征在于,

磁性纳米吸附剂层(5)和纳米粒子微电极(11)均为磁性碳材料原位生长mofs;

进一步地,

所述磁性纳米吸附剂层(5)磁性纳米材料的尺寸是20-50nm;比表面积是50-300m2/g;孔隙体积为0.4-1.2cm3/g;饱和磁化强度为15-35emu/g;

进一步地,

纳米粒子微电极(11)所述纳米粒子微电极尺寸是30-100nm,比表面积是50-200m2/g;孔隙体积为1.3-1.4cm3/g;饱和磁化强度为5-15emu/g;

进一步地,所述磁性碳材料原位生长mofs的制备方法包括如下步骤:

1)磁性碳材料的制备:

1.1)将磁性纳米材料制备成磁性纳米材料水溶液,将碳化材料加入磁性纳米材料水溶液中超声混匀,得到混合溶液一;

1.2)将步骤1.1)制备得到的混合溶液在恒温磁力搅拌器中于40℃-60℃、转速3rpm条件下反应不低于24h,得到混合溶液二;

1.3)将经过步骤1.2)后得到的混合溶液二冷却至室温后通过定性滤纸过滤,并洗涤滤饼直至最后一次过滤液呈中性,得到中性吸附剂;

1.4)将步骤1.3)制备得到的中性吸附剂置于40℃-60℃电热恒温干燥箱中烘干不低于12h,然后研磨至粉状,得粉状吸附剂;

1.5)将步骤1.4)得到的粉状吸附剂放入不带盖石英坩埚中铺匀后置于以n2作为保护气气流的真空管式电炉中,以升温速率4-6℃/min升温至600℃并恒温2h,冷却后研磨,得到磁性碳材料;

进一步地,步骤1.1)所述磁性纳米材料是零价铁、γ-fe2o3、水热合成法形成的尖晶石铁氧体的任意一种或几种;

进一步地,步骤1.1)所述碳化材料为多壁碳纳米管、石墨烯以及生物碳一种或多种的组合;

2)取过渡金属盐与有机配体形成原位生长mofs,原位生长mofs吸附在步骤1)的磁性碳材料上得到磁性碳材料原位生长mofs;

3)将步骤2)得到的磁性碳纳米原位生长mofs过筛,筛分出尺寸为20-50nm的材料,即为磁性纳米吸附剂层;

将步骤2)得到的磁性碳纳米原位生长mofs过筛,筛分出尺寸为20-50nm的材料,即为纳米粒子微电极;

进一步地,

步骤2):将步骤1)制备得到的磁性碳材料在超纯水中用超声分散均匀,加入过渡金属盐并使其完全溶解,再向其中加入有机配体,密封搅拌后转移到高压反应釜中反应,反应结束后将高压反应釜中的固液混合物取出,对其进行超纯水清洗、密封搅拌以及离心处理,对离心后的固体用无水乙醇清洗,干燥后得到磁性碳材料原位生长mofs;

进一步地,所述过渡金属盐是fe(no3)3·9h2o、al(no3)3·9h2o、cu(no3)2·3h2o、co(no3)2·6h2o的任意一种或几种;

进一步地,所述有机配体是均苯三甲酸和对苯二甲酸中的任一种。

7.根据权利要求2所述的生活废水/自来水电吸附氧化深度净化装置,其特征在于,所述过渡金属修饰tio2-mofs膜复合电极(18)的制备方法为:

a)mofs薄膜的制备:将有机配体溶液在三电极体系下通过电化学原位沉积方法形成mofs薄膜;

b)tio2-mofs膜的制备:在乙醇溶剂中加入步骤1)得到的mofs薄膜后,待浸润充分后,缓慢滴加钛酸四丁酯(ti(obu)4),超声,然后转移至聚四氟乙烯内胆中,放置于不锈钢反应釜,反应,冷却,洗涤,干燥得到tio2-mofs膜;

c)过渡金属修饰tio2-mofs膜复合电极的制备:在超纯水中加入步骤b)得到的tio2-mofs膜后,待浸润充分后,加入含fe3+的固体化合物和mcl2固体(m=v、cr、mn、co、ni、cu和zn),超声,然后转移至聚四氟乙烯内胆中,放置于不锈钢反应釜,反应,冷却,洗涤,干燥得到过渡金属修饰tio2-mofs膜复合电极(18);

所述过渡金属修饰tio2-mofs膜复合电极(18)中,tio2、氧化物、mofs膜(含铜网)质量比为:(4~15):(5~10):(75~91)。

8.根据权利要求3所述的生活废水/自来水电吸附氧化深度净化装置,其特征在于,所述铁氧体修饰改性碳纤维布电极的制备方法为:

1)改性碳纤维布的制备:用强氧化性溶液或碱性溶液对碳纤维布进行表面改性,干燥烘干即得;

2)铁氧体修饰改性碳纤维布的制备:水热共沉淀法制备铁氧体时加入步骤1)得到的改性碳纤维布,得到铁氧体修饰改性碳纤维布电极;

进一步地,

步骤1)所述的强氧化性溶液为:浓硝酸,浓硫酸,氯、溴、碘的含氧酸,芬顿试剂,过硫酸盐溶液,高铁酸钾溶液的一种或几种;

步骤1)所述的碱性溶液为强碱性溶液,

进一步地,所述强碱性溶液为koh和/或naoh;

进一步地,步骤1)改性碳纤维布的制备:将碳纤维布完全浸入在装有强氧化性溶液中,超声,然后置于恒温反应釜中反应,后用水洗涤表面残渣杂质,至ph至中性,后真空烘箱烘干即得改性碳纤维布;

进一步地;所述碳纤维布与强氧化性溶液或碱性溶液的质量体积比为1.0g:(100~300ml);

进一步地,步骤1)中,恒温反应釜反应温度为35-80℃;

进一步地,步骤1)中,恒温反应釜反应温度为40-60℃;

进一步地,步骤1)中,恒温反应釜反应温度为50℃;

进一步地,步骤1)中,恒温反应釜中反应时间为12h~72h;

进一步地,步骤1)中,恒温反应釜中反应时间为24h~60h;

进一步地,步骤1)中,恒温反应釜中反应时间为48h;

进一步地,步骤1)中,用超纯水洗涤表面残渣杂质;

进一步地,步骤1)中,真空烘箱温度为30-75℃;

进一步地,步骤1)中,真空烘箱温度为35-50℃;

进一步地,步骤1)中,真空烘箱温度为40℃。

更进一步地,

所述步骤1)中氯、溴、碘的含氧酸的浓度为0.1-0.5mol/l,

所述步骤1)中芬顿试剂为0.2-0.6mol/lfe2+和30wt%的h2o2,

所述步骤1)中过硫酸盐溶液浓度为0.1-0.5mol/l,

所述步骤1)中高铁酸钾溶液浓度为0.1-0.5mol/l,

所述步骤1)中强碱性溶液为1-3mol/l的koh溶液和/或1-3mol/lnaoh溶液。

更进一步地,所述步骤2)为:

2)铁氧体修饰改性碳纤维布的制备:水热共沉淀法制备铁氧体时加入步骤1)得到的改性碳纤维布,超声混合,在恒温磁力搅拌器作用下反应一段时间,之后将负载铁氧体的碳纤维布烘干,放入惰性气体气氛保护下的管式炉中,焙烧一段时间,取出冷却即得到铁氧体修饰改性碳纤维布电极;

所述步骤2)的铁氧体为过渡金属的单一铁氧体和/或尖晶石型铁氧体;

进一步地,

所述步骤2)为:

2)铁氧体修饰改性碳纤维布的制备:向超纯水中加入含fe3+盐类和m2+盐类,然后用磁力搅拌器搅拌以使其混合均匀并完全溶解得到混合溶液,并向其中加入聚乙二醇,或者氟化铵和尿素组合物继续搅拌即得,之后放置在恒温反应釜内反应,反应完毕后冷却,洗涤,后置于恒温干燥箱中烘干,然后置于管式电炉中,通入惰性气体作为保护气,焙烧,即得铁氧体修饰改性碳纤维布;在上述制备方法中,共沉淀形成之前加入所述改性碳纤维布;

所述m=fe、mn、ni、cu、co的一种或几种;

进一步地,所述fe3+盐类和m2+盐类的摩尔浓度比为1-4;进一步地,所述fe3+盐类和m2+盐类的摩尔浓度比为2;

进一步地,步骤2)中所述恒温反应釜温度为20-140℃;进一步地,步骤2)中所述恒温反应釜温度为40-130℃;

进一步地,步骤2)中所述恒温反应釜内反应时间为2-100h;进一步地,步骤2)中所述恒温反应釜内反应时间为12-72h;

进一步地,步骤2)中所述焙烧温度为300-400℃;进一步地,步骤2)中所述焙烧温度为350℃;

进一步地,步骤2)中,管式电炉的升温速率为2-10℃/min;进一步地,步骤2)中,管式电炉的升温速率为5℃/min;

进一步地,步骤2)中所述焙烧时间为0.5-3小时;进一步地,步骤2)中所述焙烧时间为1小时。

更进一步地,所述步骤2)中的铁氧体与改性碳纤维布材料的质量比为1:2~1:8。


技术总结
本发明提供一种生活废水/自来水电吸附氧化深度净化装置,包括三级净化系统(50);连接于三级净化系统(50)的三级净水收集系统(51)和尾液回收系统(52)。所述三级净化系统(50)包括三级净化系统外壳、生活废水或自来水入水口(1)、一级处理单元、二级处理单元和三级处理单元、液体分离器(24),所述生活废水或自来水入水口(1)、一级处理单元、二级处理单元和三级处理单元、液体分离器(24)由上而下设置在三级净化系统外壳内;所述三级净水收集系统(51)包括并列设置的3个储液罐,分别为冲洗水储液罐(32)、清洁水储液罐(33)、直饮水储液罐(34);尾液回收系统(52)包括废液储液罐(35)和尾液排液口(25)。本发明的系统使用简单、多级处理单元可因水质变化综合搭配使用、可深度净化生活废水/自来水中的消毒副产物、可实现生活废水的二次利用。

技术研发人员:李海普;姚晶晶;王新月;杨兆光;李玉龙;陈逸帆;刘俊
受保护的技术使用者:中南大学
技术研发日:2019.07.15
技术公布日:2019.11.15
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