电化学装置及其应用、以及回收工业废水中金属的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工业废水处理技术领域，公开了一种电化学装置及其应用、以及回收工业废水中金属的方法。电化学装置包括电解槽和绝缘多孔膜，所述绝缘多孔膜将所述电解槽分隔为阳极室和阴极室，其中，在所述阳极室内设置有进水口和透过型阳极，在所述阴极室内设置有出水口和透过型阴极，且所述透过型阳极和所述透过型阴极分别贴合在所述绝缘多孔膜的两侧。利用本发明专利技术中的电化学装置处理含络合态金属离子的工业废水，不仅能耗低，电极稳定性好，而且金属去除率高，无二次污染，适合工业化推广。适合工业化推广。适合工业化推广。

【技术实现步骤摘要】
电化学装置及其应用、以及回收工业废水中金属的方法


[0001]本专利技术涉及工业废水处理
，具体涉及一种电化学装置及其应用、以及回收工业废水中金属的方法。

技术介绍

[0002]我国是电子产品生产大国，相关电子及电镀行业每年都会产生大量工业废水。这些工业废水中含有相当浓度的金属离子(如铜、镍和金等)，为避免污染自然环境，这些工业废水中的金属离子必须经过处理后才能排放。将金属离子从废水中回收不仅可以解决上述问题，同时也能实现废水资源化利用，在实际应用中有着重要意义。
[0003]目前，工业废水中金属回收方法主要有膜分离法、化学沉淀法、离子交换法和电化学法等方法。膜分离法采用纳滤膜和反渗透膜分离浓缩废水中金属离子，随后通过蒸发或化学还原法回收金属；化学沉淀法通过加入化学试剂与金属离子反应生成难溶于水的化合物，达到固液分离；离子交换法利用离子交换树脂吸附废水中金属离子，随后通过树脂洗脱、沉淀或还原法回收再生液中的金属；电化学法通过电化学还原使金属离子在阴极上沉积而实现回收的。
[0004]相比于其它方法，电化学处理法操作简便、易于控制，无须投加化学药剂，可避免二次污染，受到研究者的青睐。然而，电化学处理方法面临着金属回收能耗高和电极材料稳定性低的难题，使得该方法的实际应用受到限制。此外，废水中有相当一部分金属离子以络合态存在，由于络合态金属离子在阴极还原难度较大，导致络合态金属离子的回收效率低，这也是电化学处理工业废水亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决电化学处理方法中存在的能耗高、电极材料稳定性差、络合态金属离子的回收效率低的问题，提供一种电化学装置及其应用、以及回收工业废水中金属的方法。利用本专利技术中的电化学装置处理含络合态金属离子的工业废水，不仅能耗低，电极稳定性好，而且金属去除率高，无二次污染，适合工业化推广。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种电化学装置，所述电化学装置包括电解槽和绝缘多孔膜，所述绝缘多孔膜将所述电解槽分隔为阳极室和阴极室，其中，在所述阳极室内设置有进水口和透过型阳极，在所述阴极室内设置有出水口和透过型阴极，且所述透过型阳极和所述透过型阴极分别贴合在所述绝缘多孔膜的两侧。
[0007]本专利技术第二方面提供一种本专利技术第一方面所述电化学装置在电解工业废水中的应用，优选在电解含络合态金属的工业废水中的应用。
[0008]本专利技术第三方面提供一种回收工业废水中金属的方法，所述方法包括：利用本专利技术第一方面所述电化学装置进行电化学处理，将工业废水从阳极室的进水口引入，再依次流经透过型阳极的孔隙、绝缘多孔膜和透过型阴极的孔隙，之后从阴极室出水口排出；其中，所述电化学处理的条件包括：电压为2V
‑
30V，电流密度为2
‑
50mA/cm2。
[0009]通过上述技术方案，本专利技术所具有的有益技术效果如下：
[0010]1、本专利技术所提供的电化学装置，阳极和阴极材料均采用多孔结构，电极的有效面积和活性位点密度均远远高于传统的平板式电极，提高了单位电极工作面积的工作效率；同时，废水在流经电极过程中，电极的多孔结构会扰动水的流动，强化溶液中金属离子与电极表面的接触，确保低浓度金属离子也能被高效回收；
[0011]2、本专利技术所提供的电化学装置，阳极和阴极之间用超薄绝缘多孔膜隔开，既保障了电极之间安全隔开，同时也极大缩短了阳极和阴极之间距离，使得电极间溶液电阻大幅度降低，有利于在低电压下获得高电流，最终降低了电化学回收金属的能耗；
[0012]3、本专利技术所提供的电化学装置，阳极采用具有极强抗腐蚀能力和电极稳定性的亚氧化钛涂层，能满足装置长期稳定运行的需要。此外，亚氧化钛电极可高效产生活性氧物种，进而将废水中络合态重金属离子破络游离态，促进其在阴极的电还原，提高了金属回收效率；
[0013]4、本专利技术所提供的电化学装置，阴极为碳材料，成本低廉且化学性质稳定，易于和回收金属分离，处理成本低；
[0014]5、本专利技术所提供的回收工业废水中金属的电化学处理方法，具有能耗低，工艺简单，绿色环保，成本低易于工业化，应用范围广等优势。
附图说明
[0015]图1为本专利技术提供的一种优选的实施方式中的电化学处理装置结构示意图；
[0016]图2为本专利技术提供的一种优选的实施方式中的电化学处理装置回收废水中金属的原理示意图；
[0017]图3为实施例1中处理模拟工业废水的金属回收率图；
[0018]图4为实施例2中石墨毡电极在处理实际工业废水前后的SEM图；
[0019]图5为实施例2中石墨毡电极在处理实际工业废水后的EDS能谱图。
[0020]附图标记说明
[0021]1、阳极室
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2、透过型阳极
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3、绝缘多孔膜
[0022]4、密封垫圈
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5、透过型阴极
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6、阴极室
[0023]7、自动排气系统
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8、自动进液系统
具体实施方式
[0024]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0025]本专利技术的第一方面提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括电解槽和绝缘多孔膜3，所述绝缘多孔膜3将所述电解槽分隔为阳极室1和阴极室6；其中，在所述阳极室1内设置有进水口和透过型阳极2，在所述阴极室6内设置有出水口和透过型阴极5，且所述透过型阳极2和所述透过型阴极5分别贴合在所述绝缘多孔膜3的两侧，如图1所示。
[0026]在本专利技术中，本专利技术的专利技术人经过研究发现，将透过型阳极和透过型阴极分别紧
密贴合在绝缘多孔膜的两侧，一方面可以利用绝缘多孔膜将电极安全地隔开，另一方面可以极大缩短阳极和阴极之间的距离，使得电极间溶液阻力大幅度降低，有利于在低电压下获得高电流，从而降低了电化学回收金属的能耗。除此之外，将进水口设置在阳极室，出水口设置在所述阴极室，可以控制含有络合态金属离子的工业废水在电解装置中的水流方向，使得工业废水以一定流速从阳极室底部泵入，依次流经透过型阳极的孔隙、绝缘多孔膜和透过型阴极的孔隙，最后从阴极室上端排出，有利于提高络合态金属离子的去除率。
[0027]其中，在本专利技术中，所述贴合指的是在绝缘多孔膜的一侧紧贴透过型阳极，在绝缘多孔膜的另一侧紧贴透过型阴极，而且，透过型阳极与绝缘多孔膜之间紧密连接在一起，二者之间不存在间距或其他结构/部件，透过型阴极与绝缘多孔膜之间紧密连接在一起，二者之间不存在间距或其他结构/部件。
[0028]在一个优选的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学装置，所述电化学装置包括电解槽和绝缘多孔膜，所述绝缘多孔膜将所述电解槽分隔为阳极室和阴极室，特征在于，在所述阳极室内设置有进水口和透过型阳极，在所述阴极室内设置有出水口和透过型阴极，且所述透过型阳极和所述透过型阴极分别贴合在所述绝缘多孔膜的两侧。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述绝缘多孔膜选自亲水性多孔膜，膜孔径为5
‑
200μm，膜厚度为100μm
‑
1mm；优选地，所述绝缘多孔膜选自纤维素多孔膜、玻璃纤维多孔膜、聚乙烯多孔膜中的至少一种。3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述透过型阳极包括基底和催化剂涂层，其中，所述基底选自多孔材料，所述多孔材料具有的孔径为50
‑
100μm，所述催化剂涂层的厚度为5
‑
30μm；优选地，所述基底选自泡沫钛、钛纤维纸中的至少一种，所述催化剂涂层选自亚氧化钛涂层。4.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述透过型阴极选自高孔隙率材料，孔隙率为20
‑
70％；优选地，所述透过型阴极选自透气石墨毡、透气碳毡、透气碳纸及透气碳纤维布中的一种。5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置还包括自动进液系统和自动排气系统；其中，所述自动进液系统与所述进水口...

【专利技术属性】
技术研发人员：张礼知，贾法龙，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：