纳滤膜组件及直流电场耦合纳滤膜分离系统

本发明属于膜分离设备，更具体涉及一种纳滤膜组件及包括该纳滤膜组件的分离系统。

背景技术：

1、纳滤作为一种重要的膜分离技术，可有效截留分子量大于300da的有机分子、多价无机离子，在饮用水和污水处理、工业废水处理、海水和苦咸水淡化等方面具有巨大的应用潜力。然而，纳滤膜分离技术在使用过程中出现的外压驱动的操作压力及能耗较高，膜污染引起的膜通量下降迅速、膜污染清洗频繁及膜工艺运行成本增高等问题，严重制约其进一步推广应用。如何降低纳滤膜运行能耗，有效缓解和控制膜污染成为了当前的研究重点之一。

2、近年的研究结果表明，将纳滤膜分离技术与电化学技术进行耦合，使膜在发挥分离特性的同时展现诸如抗膜污染、降解污染物以及选择透过性等其他优异性能，被认为是解决纳滤膜能耗高、易污染的适宜路径之一。水中多数污染物质带电荷，如细菌、多糖类有机物、存在于水中的天然有机物和金属离子等，为耦合电化学技术提供前提条件。同时，利用电化学技术原理如静电排斥、电化学氧化还原、电致气泡、电润湿、电吸附、电致结构改变等，使膜兼具分离特性和其他优异性能。这些展现的优异性能均与膜的导电特性密切相关。

3、因此，开发一种电辅助纳滤装置十分必要。

4、而目前的电辅助纳滤装置中，至少存在以下问题：

5、1、导电纳滤膜直接与电源连接，导电纳滤膜表面直接过电，使得导电纳滤膜表面的导电材料容易损坏。

6、2、阳电极为钛板，会阻碍料液的顺畅通过，进而影响分离效果。

7、3、导电纳滤膜易受到污染，进而影响到纳滤膜组件的使用寿命。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种纳滤膜组件及直流电场耦合纳滤膜分离系统，以克服现有的电辅助纳滤装置中存在的不足。

2、一方面，本发明公开了一种纳滤膜组件，该纳滤膜组件包括依次设置于阳极板和阴极板之间的电极板和导电纳滤膜片，电极板连接直流电源的正极。导电纳滤膜片与电极板之间设置导电连接片，导电纳滤膜片通过导电连接片连接直流电源的负极，导电连接片和电极板之间设有绝缘垫片，使导电连接片与电极板之间绝缘。

3、在一些实施方式中，导电连接片包括互相连接的导电体和导电接片，导电体与导电纳滤膜片的导电侧连接，导电接片连接直流电源的负极。

4、在一些实施方式中，导电体沿导电纳滤膜片导电侧的边缘设置，形成环状导电体。

5、在一些实施方式中，电极板为网状结构，电极板连接导电杆，所述导电杆连接直流电源的正极。

6、在一些实施方式中，垫片为网状结构。

7、在一些实施方式中，导电纳滤膜片的膜表面采用mxene/cnt-pes膜，其改性侧为导电侧，另一侧为绝缘侧。

8、在一些实施方式中，阳极板包括第一凹槽、进水口、回流口和电极孔，第一凹槽设有水流通道。阴极板包括第二凹槽和渗透出水口。渗透出水口、进水口、回流口、第一凹槽和第二凹槽之间连通，第一凹槽和第二凹槽之间的空腔放置电极板、绝缘垫片、导电连接片和导电纳滤膜片；电极板的导电杆穿过电极孔连接直流电源的正极，导电连接片的导电接片穿过阳极板和阴极板之间连接直流电源的负极；第一凹槽和第二凹槽之间设有密封圈。

9、另一方面，本发明还公开了一种直流电场耦合纳滤膜分离系统，包括纳滤膜分离系统和直流电源。纳滤膜分离系统包括上述纳滤膜组件，纳滤膜组件与直流电源连接形成回路。

10、在一些实施方式中，纳滤膜分离系统还包括进料罐、给水泵、进水管道节流阀、压力仪表、出水管道节流阀、渗透出水储存罐、计量天平和计算机系统。进料罐连通给水泵，给水泵出口通过压力仪表连通纳滤膜组件的进水口，纳滤膜组件的回流口通过进水管道节流阀连通进料罐，纳滤膜组件的渗透出水口通过出水管道节流阀连通渗透出水储存罐，渗透出水储存罐置于计量天平上，计量天平与计算机系统连接，计算机系统能够实时记录计量天平的数据。

11、在一些实施方式中，直流电源为直流稳压电源，电压范围在0-6v。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、本发明中导电纳滤膜片不与直流电源直接连接，而是通过导电连接片与直流电源连接，有效解决了导电纳滤膜片的膜表面导电材料损坏的问题。

14、本发明中的电极板采用网状结构，多个网孔结构不会阻碍料液的通过，提升分离效果。

15、本发明中的导电纳滤膜片的膜表面采用mxene/cnt-pes膜，其在导电纳滤膜上真空抽滤了一层mxene/cnt导电层，提高了膜的导电性，增强了导电纳滤膜与带电体之间的静电相互作用，缓解了传统纳滤膜技术会出现的膜污染快的问题，延长了纳滤膜组件的使用寿命。

16、本发明中的导电纳滤膜片中的膜表面既作为分离膜又充当阴极。导电纳滤膜受到激发后产生空穴和电子，可以将h2o分解为o2和h2，从而引起膜表面湍流，减缓浓差极化和膜污染；可以将膜表面或孔中的有机污染物间接分解为co2和h2o或可生物降解的产物，从而实现电催化膜的自清洁功能。

17、本发明提供的纳滤膜组件及直流电场耦合纳滤膜分离系统，实现了电化学耦合强化的纳滤工艺，整个系统操作简便、占地面积小，且运行稳定。

技术特征：

1.纳滤膜组件，包括依次设置于阳极板和阴极板之间的电极板和导电纳滤膜片，所述电极板连接直流电源的正极，其特征在于，所述导电纳滤膜片与电极板之间设置导电连接片，所述导电纳滤膜片通过导电连接片连接直流电源的负极，所述导电连接片和电极板之间设有绝缘垫片，使导电连接片与电极板之间绝缘。

2.根据权利要求1所述的纳滤膜组件，其特征在于，所述导电连接片包括互相连接的导电体和导电接片，所述导电体与导电纳滤膜片的导电侧连接，所述导电接片连接直流电源的负极。

3.根据权利要求2所述的纳滤膜组件，其特征在于，所述导电体沿导电纳滤膜片导电侧的边缘设置，形成环状导电体。

4.根据权利要求2或3所述的纳滤膜组件，其特征在于，所述电极板为网状结构，所述电极板连接导电杆，所述导电杆连接直流电源的正极。

5.根据权利要求4所述的纳滤膜组件，其特征在于，所述垫片为网状结构。

6.根据权利要求5所述纳滤膜组件，其特征在于，所述导电纳滤膜片的膜表面采用mxene/cnt-pes膜，其改性侧为导电侧，另一侧为绝缘侧。

7.根据权利要求6所述纳滤膜组件，其特征在于，所述阳极板包括第一凹槽、进水口、回流口和电极孔，所述第一凹槽设有水流通道，所述阴极板包括第二凹槽和渗透出水口，所述渗透出水口、进水口、回流口、第一凹槽和第二凹槽之间连通，所述第一凹槽和第二凹槽之间的空腔放置电极板、绝缘垫片、导电连接片和导电纳滤膜片；所述电极板的导电杆穿过电极孔连接直流电源的正极，所述导电连接片的导电接片穿过阳极板和阴极板之间连接直流电源的负极；所述第一凹槽和第二凹槽之间设有密封圈。

8.直流电场耦合纳滤膜分离系统，包括纳滤膜分离系统和直流电源，其特征在于，所述纳滤膜分离系统包括权利要求1-6任一项所述的纳滤膜组件，所述纳滤膜组件与直流电源连接形成回路。

9.根据权利要求8所述的直流电场耦合纳滤膜分离装置，其特征在于，所述纳滤膜分离系统还包括进料罐、给水泵、进水管道节流阀、压力仪表、出水管道节流阀、渗透出水储存罐、计量天平和计算机系统，所述进料罐连通给水泵，所述给水泵出口通过压力仪表连通纳滤膜组件的进水口，所述纳滤膜组件的回流口通过进水管道节流阀连通进料罐，所述纳滤膜组件的渗透出水口通过出水管道节流阀连通渗透出水储存罐，所述渗透出水储存罐置于计量天平上，所述计量天平与计算机系统连接，所述计算机系统能够实时记录计量天平的数据。

10.根据权利要求9所述的直流电场耦合纳滤膜分离装置，其特征在于，所述直流电源为直流稳压电源，电压范围在0-6v。

技术总结
本发明公开了纳滤膜组件及直流电场耦合纳滤膜分离系统，该纳滤膜组件包括依次设置于阳极板和阴极板之间的电极板和导电纳滤膜片，电极板连接直流电源的正极。导电纳滤膜片与电极板之间设置导电连接片，导电纳滤膜片通过导电连接片连接直流电源的负极，导电连接片和电极板之间设有绝缘垫片，使导电连接片与电极板之间绝缘。本发明中导电纳滤膜片不与直流电源直接连接，而是通过导电连接片与直流电源连接，有效解决了导电纳滤膜片的膜表面导电材料损坏的问题。本发明提供的纳滤膜组件及直流电场耦合纳滤膜分离系统，实现了电化学耦合强化的纳滤工艺，整个系统操作简便、占地面积小，且运行稳定。

技术研发人员：许航,宗丁雯
受保护的技术使用者：河海大学苏州研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13