【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高氨氮污水处理与氨氮资源回收的，尤其是涉及一种透气膜电极及其制备方法和应用。
技术介绍
1、污水中的氨氮是水体富营养化的重要诱因；同时，氨氮又是一种关键氮肥原料和重要的无碳储能与发电材料。从污水中去除氨氮和工业合成氨氮都属于高能耗、高碳排放过程，长此以往形成恶性循环。污水氨氮的资源化回收利用无疑是打破这一恶性循环的最佳选择，近年来，污水氨氮处理的理念逐渐由“去除氨氮”转变为“回收氨氮”，这既可回收氨氮资源，也可保护水生态安全和推动碳减排。
2、膜吸收法因氨氮回收效率高、无二次污染和能耗较低等优势而备受关注。然而，传统膜吸收法的阴极室需消耗大量碱调升污水至高ph以促进氨氮转化为游离氨，阳极室需消耗大量酸保持吸收液低ph以进行氨吸收；由于直接回收产物的浓度低、ph低，不能直接作为肥料，还需再浓缩并耗碱回调ph至近中性以解决后续利用问题。
3、通过将电化学系统与膜吸收单元耦合，利用电解水反应解决了传统膜吸收法的酸碱供应问题，但仍需消耗大量酸碱调节出水和回收产物的ph至近中性。但是，现有电极反应界面与膜吸收界面的耦合方式存在缺陷。cn110921796a提供了一种电化学回收污水氮磷同步制氢氧系统和方法，利用阳极室与产酸室之间的阳离子交换膜、产酸室与脱盐室之间的阴离子交换膜，使阳极室内阳极产生的酸被保留在产酸室中，实现持续产酸作用。但是，该技术中产酸室中的酸液需要通过泵循环至最右侧的吸收室中用于吸收从阴极室跨膜传输而来的nh3，脱盐室则起到维持离子平衡的作用。
4、此外，目前膜电极多以热压
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种透气膜电极及其制备方法和应用。本专利技术克服了目前膜吸收法回收污水氨氮技术存在的膜分离功能单一、酸碱消耗大、电极产酸碱与膜吸收界面耦合方式缺陷等，可原位产酸碱驱动膜吸收回收污水氨氮。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种透气膜电极，包括疏水微孔膜基底，以及分别固定于基底两侧的阳极和阴极；
4、所述疏水微孔膜基底的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、陶瓷中的至少一种；
5、所述阳极的材料为铂、钯、碳、氧化铱、氧化钽、氧化钛中的至少一种；
6、所述阴极的材料为铂、钯、碳、镍、铁、不锈钢中的至少一种。
7、优选的，将阳极和阴极固定于疏水微孔膜基底两侧的方法包括电化学沉积法和相转化法。
8、进一步地，所述电化学沉积法包括以下步骤：
9、s1、将碳纳米材料分散于乙醇中，制得碳纳米材料分散液，将其喷涂至疏水微孔膜基底两侧；
10、s2、阳极电沉积液的制备：将阳极材料与阳极溶液混合搅拌并调节ph至9.0-12.0；
11、s3、阴极电沉积液的制备：将阴极材料与阴极溶液混合搅拌并调节ph至1.0-4.0；
12、s4、疏水微孔膜基底-阳极制备：将步骤s1得到的喷涂碳纳米材料后的疏水微孔膜基底一侧与钛丝网贴合，将其浸入步骤s2得到的阳极电沉积液中作为工作电极，以三电极电解池体系进行阳极预沉积，以玻碳电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，进行阳极电沉积，结束后将钛丝网从阳极剥离；
13、s5、疏水微孔膜基底-阴极制备：将步骤s4得到的已负载阳极的疏水微孔膜基底的另一侧与不锈钢丝网贴合，将其浸入步骤s3得到的阴极电沉积液中作为工作电极，以泡沫镍电极作为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，进行阴极电沉积，结束后将不锈钢丝网从阴极剥离。
14、优选的，步骤s1所述碳纳米材料与乙醇的体积比为1:1-2。
15、优选的，步骤s2所述阳极材料和阳极溶液的体积比为1:1-2；所述阳极溶液原料为去离子水、草酸、以及双氧水；所述去离子水、草酸、双氧水的体积比为1:0.5-1.5:0.5-1.5；
16、优选的，步骤s3所述阴极材料和阴极溶液的体积比为1:1-2；所述阴极溶液原料为h3bo3。
17、进一步地，所述相转化法包括以下步骤：
18、m1、疏水微孔膜基底-阳极制备：将阳极材料分散于聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮的二甲基亚砜混合溶液中，然后将混合物均匀涂覆于疏水微孔膜基底一侧上，短时间暴露在空气中使溶剂挥发，随后将涂覆后的基底浸入蒸馏水中，通过相转化过程将阳极材料固定；
19、m2、疏水微孔膜基底-阴极制备：将阴极材料分散于聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮的二甲基亚砜混合溶液中，然后将混合物均匀涂覆于疏水微孔膜基底另一侧上，短时间暴露在空气中使溶剂挥发，随后将涂覆后的基底浸入蒸馏水中，通过相转化过程将阴极材料固定。
20、优选的，步骤m1所述阳极材料、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜的体积比为1:1-2:1-2:1-2；
21、优选的，步骤m2所述阴极材料、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜的体积比为1:1-2:1-2:1-2。
22、更优选的，所述短时间暴露的时间为5-15min。
23、本专利技术还提供了所述的透气膜电极的应用，将所述透气膜电极用于高氨氮污水处理与氨氮资源回收。
24、本专利技术进一步提供了所述的透气膜电极的应用，将所述透气膜电极用于堆叠式电化学回收污水氨氮系统中实现电化学膜吸收氨。
25、所述堆叠式氨氮回收系统包含若干个相连的氨氮回收单元，所述阳极室外侧设置由阴离子交换膜隔开的脱盐室，所述阴极室外侧设置由阳离子交换膜隔开的脱盐室，该单元可进行无限堆叠，所述阳极室和阴极室外侧分别设置脱盐室，根据处理规模需要进行若干单元放大或者堆叠重复。
26、进一步地，以两单元堆叠式电化学回收污水氨氮系统为例，所述两单元电化学回收污水氨氮系统包括阳极室1、阴极室2、脱盐室3、脱盐室4、副阴极室5、副阳极室6；
27、所述阳极室1与阴极室2由所述透气膜电极分隔，所述透气膜电极的阳极8和阴极9分别位于阳极室1和阴极室2的一侧，所述透气膜电极的基底7位于阳极8和阴极9之间；
28、阳极室1的另一侧与脱盐室3由阴离子交换膜10分隔，阴极室2的另一侧与脱盐室4由阳离子交换膜11分隔；脱盐室3的另一侧与副阴极室5由阳离子交换膜11分隔，脱盐室4的另一侧与副阳极室6由阴离子交换膜10分隔。
29、优选的，步骤s4所述钛丝网和步骤s5所述不锈钢丝网的目数分别为60-80目，最优选60目。
30、优选的，所述阴离子交换膜10选自季胺型、吡啶季胺型、伯胺型、仲胺型、叔胺型及混合胺型膜中的至少一种；所述阳离子交换膜11选自磺酸型、磷酸型、膦酸型、羧酸型、酚型及苯酚磺酸膜中的至少一种。
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【技术保护点】
1.一种透气膜电极，其特征在于，包括疏水微孔膜基底，以及分别固定于基底两侧的阳极和阴极；
2.权利要求1所述的透气膜电极的制备方法，其特征在于，将阳极和阴极固定于疏水微孔膜基底两侧的方法包括电化学沉积法和相转化法。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述电化学沉积法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1所述碳纳米材料与乙醇的体积比为1:1-2。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S2所述阳极材料和阳极溶液的体积比为1:1-2；所述阳极溶液原料为去离子水、草酸、以及双氧水；所述去离子水、草酸、双氧水的体积比为1:0.5-1.5:0.5-1.5；
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述相转化法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤M1所述阳极材料、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜的体积比为1:1-2:1-2:1-2；
8.权利要求1所述的透气膜电极的应用，其特征在于，所述透气膜电极用于高氨氮污水处
9.权利要求1所述的透气膜电极的应用，其特征在于，所述透气膜电极用于堆叠式电化学回收污水氨氮系统中实现电化学膜吸收氨；所述堆叠式电化学回收污水氨氮系统包含若干个相连的氨氮回收单元，所述回收单元包括由透气膜电极隔开的阳极室和阴极室，所述阳极室外侧设置由阴离子交换膜隔开的脱盐室，所述阴极室外侧设置由阳离子交换膜隔开的脱盐室，根据处理规模需要进行若干单元的放大或者重复堆叠。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，当所述回收单元为两个单元时，电化学回收污水氨氮系统包括阳极室(1)、阴极室(2)、脱盐室(3)、脱盐室(4)、副阴极室(5)、副阳极室(6)；
...【技术特征摘要】
1.一种透气膜电极，其特征在于，包括疏水微孔膜基底，以及分别固定于基底两侧的阳极和阴极；
2.权利要求1所述的透气膜电极的制备方法，其特征在于，将阳极和阴极固定于疏水微孔膜基底两侧的方法包括电化学沉积法和相转化法。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述电化学沉积法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s1所述碳纳米材料与乙醇的体积比为1:1-2。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s2所述阳极材料和阳极溶液的体积比为1:1-2；所述阳极溶液原料为去离子水、草酸、以及双氧水；所述去离子水、草酸、双氧水的体积比为1:0.5-1.5:0.5-1.5；
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述相转化法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在...
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