[發明專利]基于金屬空氣電池的水處理回收裝置及其方法

有效

• 申請號: 201911135030.2
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN111138009B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 姚宏;李新洋;張家赫;張濟民
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: C02F9/06
• 分類號: C02F9/06;H01M12/06;C02F101/10;C02F101/16;C02F101/30
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 姜威

1.一種基于金屬空氣電池的水處理回收裝置，其特征在于，包括：產電系統、儲能系統和水處理回收系統；

所述的產電系統包括腐蝕性金屬負極、空氣擴散正極和腔體，所述腐蝕性金屬負極和空氣擴散正極對向放置，與腔體共同構成密閉容器，所述空氣擴散正極的外側與空氣接觸；

所述的產電系統分別通過腐蝕性金屬負極和空氣擴散正極與所述的儲能系統電路連接，用于將產電系統中產生的電能儲存到儲能系統中，所述的產電系統和儲能系統之間設置有倒極開關，用于切換產電系統的正負極，調整充電或放電狀態；

所述的產電系統通過管路與所述的水處理回收系統連接，所述的水處理回收系統包括循環泵、罐體和結晶過濾器，所述的循環泵用于將所述罐體中的水泵入所述的產電系統中，所述的結晶過濾器用于對處理過的水進行過濾截留。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的腐蝕性金屬負極為鎂、鐵、鋁板，或其中任意兩種或三種的合金板；所述的空氣擴散正極包括炭制擴散電極基體和在基體上負載的正極催化層。

3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的炭制擴散電極基體為由碳素活性物質，集流體和空氣擴散層組成的三明治結構；所述的正極催化層為Ir氧化物、Ru氧化物、Co氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Pt、炭黑中的一種，或者其中任意多種組份的復合物。

4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的正極催化層的形狀為納米球、納米線、納米棒、納米管或納米花的陣列排布，所述腔體上與所述空氣擴散正極平行的一側設置有圓孔，用于與空氣接觸。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的儲能系統為可充放電電池。

6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的循環泵為蠕動泵，所述的腔體為有機玻璃腔體，所述的罐體為有機玻璃容器或塑料容器；所述的結晶過濾器的金屬過濾頭為不銹鋼或鈦材料，所述結晶過濾器的過濾孔徑1μm～5μm。

7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的腐蝕性金屬負極和空氣擴散正極之間的電極間距為0.5～2cm。

8.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述集流體為具有導電性的網狀結構；所述碳素活性物質包括活性炭、炭黑、石墨烯和石墨粉中的一種或多種；所述的空氣擴散層為聚四氟乙烯涂層。

9.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述集流體為具有導電性的網狀結構；所述碳素活性物質為炭布或炭紙。

10.一種應用于權利要求1-9任一權項所述的裝置的水處理回收方法，其特征在于，包括：

第一階段：將待處理廢水放置于水處理回收系統的罐體中，開啟循環泵，將所述待處理廢水泵入至產電系統的密閉容器中，腐蝕性金屬負極自發利用所述待處理廢水作為電解液發生原電池反應并將金屬陽離子釋放到廢水中，空氣擴散正極利用空氣中的氧氣發生氧還原反應，產生電流，作為電能儲存到儲能系統中；

釋放的金屬陽離子進入水處理回收系統的罐體中，與剩余待處理廢水中的氨氮和磷酸鹽產生磷酸鹽形式的結晶物，并通過結晶過濾器進行分離；

第二階段：通過倒極開關改變原有產電系統中電極的正負極性，利用收集的電能作為直流電源進行電解廢水，利用空氣擴散正極上負載的催化劑將廢水中的氯離子氧化為活性氯，并作為氧化劑降解廢水中的有機物；同時產生的活性氯還與第一階段中廢水中殘余的氨氮反應，將氨氮進一步氧化為氮氣。