[发明专利]一种电容去离子模块及其在杀菌消毒中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容去离子模块及其在杀菌消毒中的应用，其属于水处理科学技术分支——杀菌消毒领域。主要采用的技术原理是在电场作用下，将带有负电荷的细菌吸附到杀菌材料修饰的电极上，可实现即时杀菌净化水质的作用。

背景技术

在大规模供水系统中，消毒被确认为是最基本的处理工艺，它是保证用户安全用水必不缺少的措施之一。在目前饮水化学消毒法主要包括: 液氯消毒、二氧化氯消毒和臭氧消毒, 但是上述消毒剂的使用都会产生相应的消毒副产物, 从而影响人体健康。氯气消毒是我围沿用多年且仍然在世界各地给水处理中普通采用的消毒技术。但近二十年来，人们逐渐发现，氯在氯化消毒的同时与水中某些有机成分反 应，生成一系列卤代有机副产物，其中大部分对人体健康构成潜在的危胁。特别当水源受污染后，水中有机物增多，传统的氯化消毒、预氯化工艺艺使得高浓度的氯与原水中较高浓度的有机污染物直接反应。而在用臭氧消毒过程中, 当原水中存在溴离子时, 就有可能生成溴酸盐。溴酸盐被国际癌症研究机构定为 2B 级潜在致癌物, 许多国家在制定水质标准时已开始关注臭氧消毒副产物溴酸盐, 美国环保局饮用水标准中规定溴酸盐的最高允许浓度为 10 μg/ L , 期望值是不检出; 欧盟规定为 3 μg/ L。

电容去离子是一种基于电容原理的新兴脱盐技术，具有能耗低，无二次污染等优点，尤其适用于处理浓度在500-5000 ppm之间的苦咸水。一个典型的电容去离子模块由两个对立放置的电极组成，溶液流过两电极间的通道，当在两电极间施加一个电压时，溶液中的带电细菌会被吸附到电极上，当电极被杀菌活性物质修饰时，就可以实现即时杀毒。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种电容去离子模块及其在杀菌消毒中的应用。该模块包含一个活性炭电极和一个季铵化合物修饰的活性炭杀菌电极，将该模块用于电容去离子杀菌消毒，其表现出杀菌率灭活率高、适应性强等特点。

所述电容去离子模块依次包括隔板、集流体、普通活性炭电极、隔膜、硅胶垫片，隔膜、表面修饰杀菌活性物质的电极、集流体和隔板。

所述表面修饰杀菌活性物质为季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭。

含有细菌的水流经电容去离子模块，在电场作用下，带有负电荷的细菌被吸附到杀菌活性物质修饰的电极上，可实现即时杀菌净化水质的作用。

所述表面修饰杀菌活性物质的阳极材料为季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭，其制备方法包括以下步骤：

（a）将1-7 g活性炭及1-5 mL 4-乙烯基吡啶加入100-350 mL水，超声10-120 min进行分散，通氮气5-60 min后，加入20-50 mg过硫酸钾，在60-100 °C氮气保护下反应12-36 h后，抽滤，用去离子水及甲醇洗涤后，得到聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭；

（b）将所述聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭加入20-250 mL N, N-二甲基甲酰胺，预热至50-80 °C，加入0.5-2 g的1,4-二溴丁烷，在氮气保护下反应12-72 h后，经抽滤、甲醇洗涤，得到交联的聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭；

（c）将所述交联的聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭及5-12 g溴代正己烷加入 20-600 mL甲醇中，在50-80 °C下反应12-72 h后得到季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭；

（d）将季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭与导电炭黑以6:1-10:1的质量比混合均匀得到季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭与导电炭黑的混合物，加入N, N-二甲基乙酰胺，搅拌均匀后，加入聚偏氟乙烯的N, N-二甲基乙酰胺溶液，所述季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭与聚偏氟乙烯的质量比为6:1-10:1；搅拌过夜后，涂布到石墨纸上，涂膜厚度为100-600 μm，涂布后的石墨纸在40-120 °C下干燥2-24 h，得到以季铵化聚四乙烯基吡啶包覆的活性炭为活性物质的电极。

一种电容去离子模块及其在杀菌消毒中的应用，包括以下步骤：

（a） 将所述电容去离子模块（3）与直流电压电路构成闭合回路，直流电压电路对模块施加的电压范围为0.4-2.0 V；

（b）采用蠕动泵（2）将含细菌浓度为10²-10⁸ CFU/mL的水溶液由第一蓄水池（1）送入电容去离子模块（3），最后流入第二蓄水池（5），溶液的流速为1-200 mL/min；