用于碱水溶液再生的系统和方法技术方案

本发明专利技术针对包含金属离子的溶液的再生以及有价值的氢氧化物化合物的制造。具体地说，本发明专利技术涉及包含金属离子(例如Al离子)的废电解质溶液，例如用于金属/空气电池组的电解质溶液的再生。本发明专利技术进一步涉及层化双氢氧化物的制造，以及任选地从铝酸盐制造三氢氧化铝。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于碱水溶液再生的系统和方法
本专利技术涉及包含金属离子的溶液的再生。具体来说，本专利技术涉及再生碱溶液，例如包含金属离子的废电解质溶液，例如金属/空气电池组或氢产生器中所用的碱性电解质溶液。
技术介绍
金属-空气电化学电源，具体来说Al-空气电池组和具有碱性电解质的燃料电池适于电动车、无人驾驶空中交通工具(UAV)、储备和应急电源以及其它应用。具有碱性电解质的金属-空气系统具有大电化学容量(约8kWh/kg)。然而，在金属-空气电池组操作期间，金属阳极的溶解产物在电解质中积聚，因此降低金属-空气电池组的效率。因此，在特定操作时间后，电解质溶液需要更换或再生。一种再生电解质的方式为诱发固体三氢氧化铝(ATH)形式的铝阳极溶解产物沉淀，并且通过过滤去除ATH。然而，并非能够始终通过这一方法完成碱溶液的再生。因此，需要从碱性电解质溶液尽可能全部去除铝溶解产物的方法，并且优选地以有价值副产物形式去除。除上述ATH之外，溶解铝的一个所要副产物群组可以转化成层化金属氢氧化物(LMH)。LMH由带正电的金属氢氧化物纳米层和夹层负离子和夹层中的水分子组成。层化金属氢氧化物用于离子交换剂、催化剂、抗酸药、磁性材料、控制释放调配物、医药产品和聚合物加强材料，以及透明电极和光电子装置行业中。LMH可以根据结构和金属-配位体配合类型分成三个类别。一种是可以由通式[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O(M2+二价金属，M3+：三价金属，A：夹层客体负离子，0<x<1，m和n是整数)表示的层化双氢氧化物(LDH)。示范性LDH是天然存在的矿物质水滑石(HTC)，它也称为羟基碳酸镁铝水合物并且一般由化学式Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O表示。HTC在以下应用领域发现工业用途。●药剂(抗酸药)●聚合物添加剂(除酸剂、阻燃剂)●催化剂或催化剂载体●吸附剂●离子交换材料连同上文所述的HTC，存在其它LDH化合物并且已经在技术文献中描述。这些材料的界定特征是混合金属氢氧化物薄片通过夹层间隙区域隔开的层化结构，所述夹层间隙区域含有水分子和带负电化合物(负离子)，例如碳酸根(CO3-2)。这一结构的表述显示于图12中。夹层间隙中的带负电负离子用作电荷平衡位点来补偿最初仅含有Mg+2原子的结构中例如Al+3原子的存在而诱发的正电荷。碳酸根是天然形式的HTC矿物质中存在的负离子。然而，合成HTC可以使用夹层中的任何负离子(OH1-、Cl1-、NO31-、SO42-、PO43-等)制备。还可以用具有相等+2或+3电荷的其它金属离子(例如Ca、Zn、Fe、Ni、La离子等)置换初始正离子(Mg和Al)。LDH材料的另一特性在于可以通过称为阴离子交换的方法用替代负离子置换夹层负离子。这允许通过从水性介质交换或吸附将例如砷酸根(AsCO4-3)或铬酸根(CrO4-2)的目标负离子并入到HTC结构中。这一特性形成Alcoa工业化学物质水处理吸附剂产品的基础。HTC和LDH家族化合物的全部当前工业应用是基于合成制造的材料。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术提供一种用于处理废碱水溶液的系统，所述废碱水溶液包含金属A的溶解氢氧根离子，所述系统包含：●至少一个储集器；●固-液分离构件；●浓缩构件；●搅拌构件；●用于固体和液体试剂添加的入口；其中所述系统消耗所述废碱水溶液；以及其中所述系统产生包含降低量的金属A的溶解氢氧根离子的再生碱水溶液或其中所述系统产生不含金属A的溶解氢氧根离子的再生碱水溶液。在一个实施例中，本专利技术提供一种用于处理废碱水溶液的系统，所述废碱水溶液包含金属A的氢氧根离子，所述系统包含：●至少一个储集器；●固-液分离构件；●浓缩构件；●搅拌构件；●用于固体和液体试剂添加的入口；其中所述系统消耗富含铝酸根的废碱水溶液作为原料；并且其中所述系统产生包含降低量的溶解铝酸根或不含溶解铝酸根的再生碱水溶液。在一个实施例中，本专利技术提供一种用于处理废碱水溶液的方法，所述废碱水溶液包含金属A的溶解氢氧根离子，所述方法包含：○提供包含以下的系统：●至少一个储集器；●固-液分离构件；●浓缩构件；●搅拌构件；●用于固体和液体试剂添加的入口；○向所述系统引入包含金属A的溶解氢氧根离子的废碱水溶液；○从所述废溶液制造和分离固体金属A氢氧化物、LDH或其组合以及减少所述废溶液中的金属A的溶解氢氧根离子的量，因此产生包含降低量的金属A的溶解氢氧根离子或不含金属A的溶解氢氧根离子的再生碱水溶液。在一个实施例中，本专利技术提供一种用于处理废碱水溶液的方法，所述废碱水溶液包含铝酸根，所述方法包含：○提供包含以下的系统：●至少一个储集器；●固-液分离构件；●浓缩构件；●搅拌构件；●用于固体和液体试剂添加的入口；○向系统中引入包含铝酸根的废碱水溶液；○从所述废溶液制造和分离ATH、LDH或其组合以及减少所述废溶液中的铝酸根的量，因此产生包含降低量的铝酸根离子或不含铝酸根离子的再生碱水溶液。在一个实施例中，本专利技术提供一种用于处理包含金属A的溶解氢氧根离子和金属B离子的废碱水溶液的方法，所述方法包含从所述废碱水溶液沉淀LDH。在一个实施例中，本专利技术提供一种用于处理包含铝酸根和金属B离子的废碱水溶液的方法，所述方法包含从所述废碱水溶液沉淀LDH。在一个实施例中，本专利技术提供一种用于产生能量的系统，所述系统包含能量产生单元和用于处理包含金属A的氢氧根离子的废碱水溶液的系统，其中能量产生单元包含阴极、阳极和电解质溶液，其中阳极包含金属或金属合金且其中所述合金包含金属A和B且其中附图说明视为本专利技术的主题被特别地指出并且在本说明书的结论部分中清楚地要求。然而，关于操作的组织和方法以及其对象、特征以及优点两方面的本专利技术可以通过在与随附图式一起阅读时参考以下详细说明来最佳地了解，在这些随附图式中：图1为显示Al或Al合金与碱溶液的化学反应的流程图。“固体沉淀物”是指三氢氧化铝(ATH)。图2为显示Al或Al合金与碱溶液的电化学反应的流程图。“固体沉淀物”是指三氢氧化铝(ATH)。图3为从包含铝酸根的碱溶液形成“新金属化合物”的流程图。“金属化合物”是指本专利技术的金属B离子。‘固体沉淀物”是指三氢氧化铝(ATH)。“新金属化合物”是指LDH形成。图4为从包含铝酸根的废电解质溶液形成“新金属化合物”的流程图。“金属化合物”是指本专利技术的金属B离子。‘固体沉淀物”是指三氢氧化铝(ATH)。“新金属化合物”是指LDH形成。图5为显示碱溶液的两步骤再生法的流程图。图6为显示废电解质溶液的逐步处理的流程图。图7为显示废电解质溶液在进行后续处理之前进行再消化的方法的流程图。图8为显示逐步处理流程的流程图，其中第一步骤为添加金属化合物而非水解。图9为显示逐步处理的流程图，其包括以下步骤：废电解质再消化(任选的)、水解和与金属化合物添加剂反应；而对水解步骤施加共溶剂来提高所述方法的效率。图10为显示逐步处理的流程图，其包括以下步骤：废电解质再消化(任选的)、水解、与金属化合物添加剂反应以及最终再浓缩步骤(通过部分水蒸发)，在用于电池组中之前校正再生电解质的浓缩。图11为显示逐步处理的流程图，其包括以下步骤：废电解质再消化(任选的)、水解、与金属化合物添加剂反应以及通过在膜设备中正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理包含金属A的溶解的氢氧根离子的废碱水溶液的系统，所述系统包含：至少一个储集器；固‑液分离构件；浓缩构件；搅拌构件；用于固体和液体试剂添加的入口；其中所述系统消耗所述废碱水溶液；以及其中所述系统产生包含降低量的金属A的溶解氢氧根离子的再生碱水溶液或其中所述系统产生不含金属A的溶解氢氧根离子的再生碱水溶液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.13 US 61/978,9141.一种用于处理包含金属A的溶解的氢氧根离子的废碱水溶液的系统，所述系统包含：至少一个储集器；固-液分离构件；浓缩构件；搅拌构件；用于固体和液体试剂添加的入口；其中所述系统消耗所述废碱水溶液；以及其中所述系统产生包含降低量的金属A的溶解氢氧根离子的再生碱水溶液或其中所述系统产生不含金属A的溶解氢氧根离子的再生碱水溶液。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述金属A为铝并且所述金属A的溶解氢氧根离子为铝酸根[Al(OH)4-]离子。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步产生含有金属A的固体产物。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述含有金属A的固体产物包含含有铝的固体产物，所述含有铝的固体产物包含ATH、LDH或其组合。5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含温度控制构件；蒸馏和回流构件；膜分离构件或其组合。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述包含金属A的溶解氢氧根离子的废碱水溶液的来源为来自包含金属A的氧化的化学过程的化学废溶液，或其中所述包含金属A的溶解氢氧根离子的废碱水溶液的来源为来自包含金属A的氧化的电化学工艺的废电解质。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统经改良以在腐蚀性溶液环境中以及在有机共溶剂存在下操作，执行权利要求1中定义的所要操作。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统位于媒介上机载。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统在媒介上非机载。10.一种用于处理包含金属A的溶解的氢氧根离子的废碱水溶液的方法，所述方法包含：提供包含以下的系统：至少一个储集器；固-液分离构件；浓缩构件；搅拌构件；用于固体和液体试剂添加的入口；向所述系统引入包含金属A的溶解氢氧根离子的废碱水溶液；从所述废溶液制造和分离固体金属A氢氧化物、LDH或其组合以及减少所述废溶液中的金属A的溶解氢氧根离子的量，因此产生包含降低量的金属A的溶解氢氧根离子或不含金属A的溶解氢氧根离子的再生碱水溶液。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属A为铝并且所述金属A的氢氧根离子为铝酸根[Al(OH)4-]并且所述固体金属A氢氧化物为ATH[Al(OH)3]。12.根据权利要求10所述的方法，其中所述包含金属A的溶解氢氧根离子的废碱水溶液的来源为来自包含金属A的氧化的化学过程的化学废溶液，或其中所述包含金属A的溶解氢氧根离子的废碱水溶液的来源为来自包含金属A的氧化的电化学工艺的废电解质。13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述化学或电化学工艺期间，金属A溶解于碱溶液中使得所述金属A在所述碱溶液中形成溶解的金属A离子。14.根据权利要求10所述的方法，其中所述从所述废溶液制造固体金属A氢氧化物包含分离，或沉淀和分离所述固体金属A氢氧化物与所述溶液。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述沉淀所述固体金属A氢氧化物是使用电解法、透析法、水解法、渗透、电泳或其组合进行。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述水解方法包含向所述废溶液添加水，因此导致固体金属A氢氧化物沉淀。17.根据权利要求10所述的方法，其中所述制造固体金属A氢氧化物涉及通过将金属A的所述溶解氢氧根离子分...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·齐盾，M·韦弗，I·亚库波夫，D·齐盾，A·亚德加尔，N·梅内加佐，
申请(专利权)人：奥科宁克有限公司，斐源有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US