【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学领域，更为具体的，涉及一种高效废水制氢系统及方法。
技术介绍
1、氢能具有来源广、可储存、用途多、零碳零污染及能量密度大等优势，是未来能源领域的关键组成部分。然而淡水资源短缺严重制约了电解水制氢的发展。我国每年产生的废水包括油田废水、工业废水等。这些用水直接用于制氢将完全满足未来我国对氢能的需求，实现绿色可持续的氢能供给。然而废水当中杂质成分复杂，除了多种离子外，还含有挥发分、有机质等，若直接用于制氢将对电解系统造成毒性和腐蚀性，难以实现大规模稳定应用。因此，目前废水制氢主要采取两类方式：1、先进行预处理，得到纯净水后进行电解制氢。这类方法需要进行杂质沉降、有机质去除、多级反渗透过滤、盐水返排等多道预处理工序，极大的增加了成本和工程难度。2、通过改性催化剂，开发适应废水复杂体系的催化剂体系。但是这类方法仍然难以避免废水中挥发分、有机质、微生物等对电解系统的堵塞、腐蚀等影响。因此，亟需开发全新的废水制氢技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效废水制氢系统及方法，实现高效废水电解制氢，同时利用了电解制氢系统自身余热进行废水挥发分预处理、提高传质速率、降低系统电解液温度、联产固体盐的功能。
2、本专利技术的目的是通过以下方案实现的：
3、一种高效废水制氢系统，包括废水预处理子系统、废水传质子系统和非纯水溶液制氢子系统，废水预处理子系统与废水传质子系练连接，废水传质子系练与非纯水溶液制氢子系统连接；所述废水预
4、进一步地，所述传质器与废水不直接接触，中间保留有一定的气隙，用于防止废水中的有机成分直接接触传质器，对传质器上的膜层发生污染。
5、进一步地，所述非纯水溶液制氢子系统产生的氧气通过氧气分离后，直接通入废水传质舱中，用于加速预处理废水水分挥发速率，在密闭空间内构造及时补充的蒸汽压。
6、进一步地，所述防水透气层选用只允许水蒸气通过，不允许液态水相互渗透的膜层。
7、进一步地，所述废水传质舱和废水一级处理舱的表面涂覆有保温涂层。
8、进一步地，所述废水传质舱采用真空夹层结构。
9、进一步地，所述防水透气层包括多孔tpu膜、pdms膜和ptfe膜中的任一种。
10、进一步地，所述防水透气层包括利用石墨烯、pvdf颗粒、ptfe颗粒并通过喷涂、丝网印刷、静电吸附制备的多孔防水透气传质层。
11、进一步地，每个传质单元为板式或中空纤维式。
12、一种高效废水制氢系统的运行方法，包括以下步骤：
13、步骤一，非纯水溶液制氢子系统的高温电解质进入废水一级处理舱中的换热器，通过与周围废水交换热量，使废水升温，将废水中的挥发分除去；挥发分经过废气冷凝液化回收通道进行收集后集中处理；当废水溶液出口二处获取的废水中不含有挥发分时，或挥发分低至设定浓度时，打开废水溶液出口二，使预处理废水进入废水传质舱，并打开废水溶液进口一，更换新一批废水进入处理；废水一级处理舱在其表面涂覆保温涂层或使用真空夹层结构，用于保温，废水一级处理舱的保温作用进一步防止热量向外界散失；
14、步骤二，经过挥发分处理的废水进入废水传质舱，电解液进一步进入废水传质舱中的传质器内，分流进入传质器的传质单元a1～an；传质器与废水不直接接触，中间保留有一定的气隙；当电解液通过传质单元时，利用密闭环境内预处理废水挥发形成的水汽与电解液之间具有的蒸汽压差驱动力，水蒸气将进一步穿过传质单元的防水透气层进入电解液内，并被诱导液化形成纯净水，用于电解制氢；利用电解液在电解槽中反应后会带出的热量，电解液在进入到废水传质舱后将与舱内物质发生热量交换，使废水溶液升温；利用废水传质舱优化设置的保温层进行保温；利用废水传质舱的保温作用进一步防止热量向外界散失，升温后的废水，进一步增大废水向电解液的相变传质速率，使更多的纯净水分不断向电解液中补充，用于电解制氢；同时，对于含有高附加值盐类物质的废水，由于废水传质舱内的水分不断被消耗，废水得到浓缩，将析出盐结晶，用于进一步回收利用；固体盐和废水混合物将通过预处理废水溶液出口二向外排除，并可进一步对接固液分离器得到具有附加值的固体盐；与废水交换热量并获取纯净水分后的电解液，又重新返回到非纯水溶液制氢子系统的电解液储存罐中，用于进一步电解制氢。
15、本专利技术的有益效果包括：
16、本专利技术基于新发现的原理构建了一种高效废水制氢系统，通过利用电解过程产生的余热，将废水中的挥发分进行预处理收集后集中处理，然后将得到的无挥发分废水，利用水分相变迁移的方式，向电解系统中补充纯净水分用于电解制氢。该系统具有以下功能和优势：1)可以利用电解产生的废热用于去除废水中的挥发组分，不需要额外的能量投入和处理成本；2)可以通过电解液直接从预处理过后的废水中获取纯净水用于制氢；3)电解产生的余热同时可以将预处理后的废水用于升温，增强废水与电解液之间传质速率，使得在更小传质面积下让电解系统获得更多用于制氢的纯净水；4)系统产生的多余热量与废水发生交换，从而降低系统温度；5)系统产生的氧气，在不用于后端售卖的情况下，可进一步通入废水中，用于加速纯净水向电解液中补充的速率，提高系统效率；6)废水中的纯净水用于补充电解液，使得废水浓度升高，可以进一步浓缩结晶形成固体盐。
17、本专利技术的新型废水制氢系统，在制氢的同时，可以实现对废水的处理，甚至获得具有附加值的固体盐，是废水资源化、能源化利用的高效途径，具有极大的产业价值。
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1.一种高效废水制氢系统，其特征在于，包括废水预处理子系统、废水传质子系统和非纯水溶液制氢子系统，废水预处理子系统与废水传质子系练连接，废水传质子系练与非纯水溶液制氢子系统连接；
2.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，所述传质器(26)与废水不直接接触，中间保留有一定的气隙，用于防止废水中的有机成分直接接触传质器(26)，对传质器(26)上的膜层发生污染。
3.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，所述非纯水溶液制氢子系统产生的氧气通过氧气分离后，直接通入废水传质舱(25)25中，用于加速预处理废水(27)水分挥发速率，在密闭空间内构造及时补充的蒸汽压。
4.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，所述防水透气层选用只允许水蒸气通过，不允许液态水相互渗透的膜层。
5.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，所述废水传质舱(25)和废水一级处理舱(17)的表面涂覆有保温涂层。
6.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，所述废水传质舱(25)采用真空夹层结构。>
7.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，所述防水透气层包括多孔TPU膜、PDMS膜和PTFE膜中的任一种。
8.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，所述防水透气层包括利用石墨烯、PVDF颗粒、PTFE颗粒并通过喷涂、丝网印刷、静电吸附制备的多孔防水透气传质层。
9.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，每个传质单元为板式或中空纤维式。
10.一种高效废水制氢系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种高效废水制氢系统，其特征在于，包括废水预处理子系统、废水传质子系统和非纯水溶液制氢子系统，废水预处理子系统与废水传质子系练连接，废水传质子系练与非纯水溶液制氢子系统连接；
2.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，所述传质器(26)与废水不直接接触，中间保留有一定的气隙，用于防止废水中的有机成分直接接触传质器(26)，对传质器(26)上的膜层发生污染。
3.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，所述非纯水溶液制氢子系统产生的氧气通过氧气分离后，直接通入废水传质舱(25)25中，用于加速预处理废水(27)水分挥发速率，在密闭空间内构造及时补充的蒸汽压。
4.根据权利要求1所述的高效废水制氢系统，其特征在于，所述防水透气层选用只允许水蒸气通过，不允许液态水相互渗透的膜...
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