[发明专利]一种利用Janus膜催化臭氧分解的装置

说明书

本发明涉及污水净化技术领域，更具体地，涉及一种利用Janus膜催化臭氧分解装置及Janus膜制备方法，包括臭氧发生装置以及设有进气口的反应容器；进气口设于臭氧发生装置的侧壁；臭氧发生装置与进气口管道连接；反应容器内设有用于催化且包括亲水膜和疏水膜的Janus膜本体；亲水膜面向疏水膜的表面负载有铁锰复合磁性催化剂；反应容器包括存储区和处理区；亲水膜呈圆筒状，圆通内为处理区；疏水膜套于亲水膜外壁，疏水膜外壁与反应容器内壁的区域为存储区；亲水膜底部可通入污水并从顶部排出。催化剂表面可以吸附水分子产生羟基自由基，进而吸附臭氧分子相比于单独臭氧氧化技术增加了羟基自由基的产量，具有反应时间短、效率高的优点。

技术领域

本发明涉及污水净化技术领域，更具体地，涉及一种利用Janus膜催化臭氧分解的装置。

背景技术

水资源对于人类来说是极其重要的资源，随着社会的高速发展，水污染问题也变得日益严重，水中的有机物种类和数量激增，水体中所能检测出的微量有机污染物的种类和含量也不断增加和提高。目前水污染问题主要有新型有机污染物和重金属污染。新型有机污染物包括药品和个人护理用品（PPCPs）、内分泌干扰物（EDCs）以及农药，这些新型有机污染物按结构主要分为酚类和胺类化合物。有机微污染物能够长期存在于环境中，能够在生物体内累积，沿着食物链层层传递积累，最终进入人类体内从而影响人类健康。

臭氧氧化是使用广泛的高级氧化技术，已应用于饮用水的消毒和氧化几十年，在一定程度上也用于废水处理。臭氧催化技术氧化能力强、反应速度快，对反应条件要求不高，并且不产生二次污染物，已成为去除难降解有机污染物最有效的方式之一。但臭氧利用率低，羟基自由基产量小，是臭氧催化氧化技术应用中的关键瓶颈。这表明单独臭氧氧化技术在去除某些特定微污染物方面可能存在局限性，如果能在其原有的基础上引入高级氧化组合技术，快速催化臭氧分解并产生大量羟基自由基，增强其对微污染物的破坏能力，无疑是一种可行的方案。

目前公开了一种陶瓷膜耦合臭氧催化的饮用水消毒装置，所述的装置包括臭氧发生装置、气体流量计、原水容器、液体流量计、气液混合泵、反应容器、催化剂耦合陶瓷膜、回流装置、出水装置、气压调节装置、反冲洗装置，本发明的装置中气液混合泵用于臭氧和待消毒饮用水的混合，能够提高臭氧的利用率，采用催化剂耦合陶瓷膜促进臭氧氧化，提高消毒效率。但陶瓷膜不具备单向流动性，会造成臭氧局部浓度过高导致催化效率较低，羟基自由基的产量低。

发明内容

本发明为解决陶瓷膜催化臭氧分解效率较低的问题，提供一种利用Janus膜催化臭氧分解装置，Janus膜两侧的化学浸润性质不同，能够使溶液发生各向异性运输，进而提高臭氧催化分解产生用于氧化有机污染物的羟基自由基。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种利用Janus膜催化臭氧分解的装置，包括臭氧发生装置以及设有进气口的反应容器；所述进气口设于所述臭氧发生装置的侧壁；所述臭氧发生装置与进气口管道连接；所述反应容器内设有用于催化的Janus膜本体；所述Janus膜本体包括相叠放的亲水膜和疏水膜；所述亲水膜面向所述疏水膜的表面负载有铁锰复合磁性催化剂；所述Janus膜本体将所述反应容器分隔出用于存储臭氧的存储区和用于分解污染物的处理区；所述亲水膜呈圆筒状，圆通内为所述处理区；所述疏水膜套于所述亲水膜外壁，所述疏水膜外壁与反应容器内壁的区域为所述存储区；所述亲水膜底部可通入污水并从顶部排出。

Janus膜是一种具有液体单通道性能的分离膜，指两侧性质具有悬殊差异的分离膜材料，通常这种差异表现在膜两侧的化学浸润性质不同，因此在表面化学势的驱动下，可以使得液体在三维多孔膜材料横截面层间发生各向异性运输，即液体“二极管”现象。Janus膜可以自发地从特定区域除去某种液体，可以有效防止液体积累和相关液体运输过程中的污染。