[發明專利]一種將硝酸鹽廢水轉化為氨的電池系統

有效

• 申請號: 202011434679.7
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112501640B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 周鳳玲;趙遠云
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: C25B1/27
• 分類號: C25B1/27;C25B5/00;C25B1/20;C25B9/19
• 代理公司: 東莞恒成知識產權代理事務所(普通合伙) 44412
• 代理人: 韓丹

本發明涉及電池技術及硝酸鹽廢液處理和合成氨領域，特別是涉及一種將硝酸鹽廢水轉化為氨的電池系統，所述電池系統包括電池陽極、電池陰極及電解質，所述電池陽極為活潑金屬材料，所述電池陰極為以負載硝酸鹽還原催化劑材料的電極，所述電解質為含硝酸鹽的廢水，所述電池系統發電的同時將廢水中的硝酸鹽轉化為氨。本發明提供一種將硝酸鹽廢水轉化為氨的電池系統，實現廢物資源化利用，產生經濟效益。

技術領域

本發明涉及電池技術及硝酸鹽廢液處理和合成氨領域，特別是涉及一種將酸鹽廢水轉化為氨的電池系統。

背景技術

在工業生產過程中，大多數行業都會直接或間接產生硝酸鹽，常規除硝酸鹽主要有反滲透法，電滲析法，離子交換法，催化脫氮法，化學脫氮法和生物脫氮法。而通過電化學方法，在催化作用下，將硝酸還原轉化為氨，不僅能夠除去硝酸，并且還能夠生成有價值的氨，產生經濟效益。

金屬-水電池以水還原析氫反應代替傳統的金屬-溶解氧電池的陰極氧還原反應，不僅能夠發電，同時還可以有效制備氫氣，實現氫電一體化。科學家們先后發明了鋰-水制氫電池(Adv.Energy.Mater，2016，1601390)，鋅-水制氫電池(Angew.Chem.2018，130，3974–3979)和鋁-水制氫電池(ChemelectroChem，2020，7.2582-2591)，但是氫氣還主要存在存儲和運輸困難的問題，氫氣必須冷卻到低于-253℃才能液化，這意味著已消耗了氫氣燃料三分之一的能量，儲存的容器更需要特殊的隔熱降溫設施，成本高昂，危險性大，因此，電解合成方便儲存和運輸的物質更具有實際應用價值；相對而言氨氣加一點壓力就可以在-10℃時液化，能量損失不多，還很安全，便于儲存和運輸，并且液態氨的體積能量密度幾乎是液態氫的2倍，相同體積的容器可以儲存更多能量。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種將硝酸鹽廢水轉化為氨的電池系統，實現廢物資源化利用，產生經濟效益。

本發明采用如下技術方案：

一種將硝酸鹽廢水轉化為氨的電池系統，所述電池系統包括電池陽極、電池陰極及電解質，所述電池陽極為活潑金屬材料，所述電池陰極為以負載硝酸鹽還原催化劑材料的電極，所述電解質為含硝酸鹽的廢水，所述電池系統發電的同時將廢水中的硝酸鹽轉化為氨。

對上述技術方案的進一步改進為，所述電池陽極的反應為金屬失去電子，所述電池陰極的反應為硝酸鹽被催化劑還原生成氨。

對上述技術方案的進一步改進為，所述電池陽極為金屬，所述金屬為鎂、鋁、鋅、錫、鐵、鋰中的一種。

對上述技術方案的進一步改進為，所述電池陽極為金屬合金，所述金屬合金為鎂合金、鋁合金、鋅合金、錫合金、鐵合金、鋰合金中的一種。

對上述技術方案的進一步改進為，所述鎂合金為包含鋁、鋅、錳中的至少一種的鎂合金；所述鋁合金為包含鎂、鋅、錳中的至少一種的鋁合金。

對上述技術方案的進一步改進為，所述鋅合金為包含鎂、鋁、銅中的至少一種的鋅合金；所述錫合金為包含鋰、鎂、鋁、鐵中的至少一種的錫合金。

對上述技術方案的進一步改進為，所述鐵合金為包含鋁、鈣中的至少一種的鐵合金；所述鋰合金為包含鋁、鎂、硼中的至少一種的鋰合金。

對上述技術方案的進一步改進為，所述電池陰極為鎳基催化劑、釕基催化劑、銅基催化劑、單金屬催化劑、多元金屬催化劑或其氧化物、硼化物、磷化物、硫化物中的一種或多種。

對上述技術方案的進一步改進為，所述含硝酸鹽的廢水為強堿性，pH11。

對上述技術方案的進一步改進為，所述電池陽極與電池陰極采用隔膜隔開，所述隔膜包括雙極膜、質子膜、玻璃砂芯中的一種。

本發明的有益效果為：