[發(fā)明專(zhuān)利]一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)廢水處理耦合產(chǎn)氫的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711375577.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108147505B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪群慧;倪金;史慧敏;夏德宏;徐元晟;高明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C02F1/461
• 分類(lèi)號(hào): C02F1/461;C25B9/00
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

1.一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)廢水處理耦合產(chǎn)氫的裝置，所述裝置包括用于處理廢水，并產(chǎn)生氫氣的立體催化電極反應(yīng)器、用于供電的光電系統(tǒng)、管道系統(tǒng)、用于存儲(chǔ)廢水的貯水系統(tǒng)以及用于收集氫氣的氫氣收集系統(tǒng)；

其中，所述立體催化電極反應(yīng)器通過(guò)所述管道系統(tǒng)分別與所述貯水系統(tǒng)以及氫氣收集系統(tǒng)連接，所述光電系統(tǒng)給所述立體催化電極反應(yīng)器供電，其特征在于，所述裝置的結(jié)構(gòu)為：

所述立體催化電極反應(yīng)器包括單價(jià)陽(yáng)離子交換膜（1）、陽(yáng)極室（2）和陰極室（3）；

所述光電系統(tǒng)包括太陽(yáng)能光伏板（7）、穩(wěn)壓應(yīng)急電源（8）和單刀雙擲開(kāi)關(guān)（9）；

所述管道系統(tǒng)包括廢水進(jìn)水管（10）、廢水導(dǎo)入管（11a）、廢水導(dǎo)入泵（12a）、廢水回流管（13a）、廢水出水閥（14a）、廢水出水管（15a）；稀堿液導(dǎo)入管（11b）、稀堿液導(dǎo)入泵（12b）、濃堿液回流管（13b）、濃堿液出水閥（14b）、濃堿液出水管（15b）；

所述貯水系統(tǒng)包括廢水貯槽（16）、堿液貯槽（17）；

所述氫氣收集系統(tǒng)包括導(dǎo)氣管（18）和氫氣罐（19）；

其中，所述陽(yáng)極室（2）和陰極室（3）內(nèi)分別設(shè)置有陽(yáng)極電極板（4）和陰極電極板（5）；所述陽(yáng)極室（2）和陰極室（3）各自填充負(fù)載型活性炭顆粒電極（6），所述活性炭顆粒電極（6）的表面負(fù)載有伽馬MnO₂顆粒，形成立體催化電極陽(yáng)極群和陰極群；所述廢水貯槽（16）和堿液貯槽（17）分別設(shè)置在所述陽(yáng)極室（2）和陰極室（3）兩端，所述廢水貯槽（16）通過(guò)廢水導(dǎo)入泵（12a）和廢水導(dǎo)入管（11a）與所述陽(yáng)極室（2）的底部連接，所述陽(yáng)極室（2）通過(guò)廢水回流管（13a）與所述廢水貯槽（16）的頂部連接，所述廢水進(jìn)水管（10）和廢水出水閥（14a）設(shè)置在所述廢水貯槽（16）上、所述廢水出水管（15a）通過(guò)所述廢水出水閥（14a）與所述廢水貯槽（16）連接；

所述堿液貯槽（17）通過(guò)稀堿液導(dǎo)入泵（12b）和稀堿液導(dǎo)入管（11b）與所述陰極室（3）的底部連接，所述陰極室（3）通過(guò)濃堿液回流管（13b）與所述堿液貯槽（17）的頂部連接，所述堿液貯槽（17）的底部設(shè)有濃堿液出水管（15b），所述濃堿液出水閥（14b）設(shè)置在所述濃堿液出水管（15b）上，所述氫氣罐（19）通過(guò)所述導(dǎo)氣管（18）與所述堿液貯槽（17）連接；

所述太陽(yáng)能光伏板（7）的一端分別與所述陽(yáng)極電極板（4）和所述單刀雙擲開(kāi)關(guān)（9）一端連接，所述太陽(yáng)能光伏板（7）另一端分別與所述穩(wěn)壓應(yīng)急電源（8）和所述單刀雙擲開(kāi)關(guān)（9）一端連接，所述穩(wěn)壓應(yīng)急電源（8）的另一端分別與所述陰極電極板（5）和所述單刀雙擲開(kāi)關(guān)（9）連接；

所述活性炭顆粒電極（6）的表面負(fù)載有伽馬MnO₂顆粒的具體工藝為：步驟1：首先將活性炭顆粒填充于陽(yáng)極電極板和陰極電極板之間，同時(shí)，電解槽中加入MnSO₄溶液和H₂SO₄溶液的混合溶液為電解質(zhì)；

步驟2：進(jìn)行電沉積反應(yīng):以一定的電壓或電流密度接通電路，通入一定濃度的氧氣，通過(guò)氣體均布板均勻分散到活性炭顆粒間隙；

步驟3：電解槽處于水浴加熱狀態(tài)，進(jìn)行電沉積一段時(shí)間；

步驟4：電沉積結(jié)束后，取出活性炭顆粒，用水沖洗，去除活性炭顆粒表面未反應(yīng)完的MnSO₄溶液和H₂SO₄溶液，并在合適的溫度下干燥一段時(shí)間，即得到負(fù)載伽馬MnO₂的活性炭顆粒電極。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)廢水處理耦合產(chǎn)氫的裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極電極板（4）材質(zhì)為：Ti/RuO₂電極板和Pt電極板的一種；陰極電極板（5）材質(zhì)為：不銹鋼纖維氈電極板、玻璃炭電極板、Cu電極板和石墨電極板中的一種，所述陽(yáng)極電極板（4）和所述陰極電極板（5）之間的間距為3-10cm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述活性炭顆粒為椰殼和果殼中的一種或者兩者的組合物，所述活性炭顆粒為塊狀顆粒，粒徑為2-4mm；或?yàn)橹鶢铑w粒，粒徑為2mm、4mm和6mm。