【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及酸性水治理及資源回收，具體涉及一種酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬裝置及方法。
技術介紹
1、本專利技術對于
技術介紹
的描述屬于與本專利技術相關的相關技術，僅僅是用于說明和便于理解本專利技術的
技術實現思路
，不應理解為申請人明確認為或推定申請人認為是本專利技術在首次提出申請的申請日的現有技術。
2、酸性水的ph值小于6.0，常見于冶金、食品工業、制藥業、采礦業等領域。其中，采礦業產生的酸性礦山排水ph值一般介于2.0～4.5，含有高濃度so42-、fe2+、fe3+、mn2+、al3+、ni2+及其他金屬離子。酸性礦山排水是世界各國礦區治理面臨最突出的污染問題之一，廢棄礦井酸性排水點多面廣、排放量大、成分復雜，在復雜的地質營力和水文條件下進入受納水體和土體，不僅對環境中生物生長、發育和繁殖產生負面影響，而且高濃度fe2+經氧化后形成沉淀物會使水體呈現紅褐色，影響感官以及水資源的可持續利用。
3、目前處理酸性礦山排水的方法主要包括中和沉淀法、膜法、吸附法、電化學法和微生物法。盡管酸性礦山排水治理取得了重大進展，但治理時間長、運行維護成本高，難以持續治理。中和沉淀法需添加化學藥劑，以去除水中的硬度和堿度，該方法存在藥劑消耗量大、成本高、污泥生成量大等問題。采用膜法治理時成本高，并且該法還會有大量廢酸、廢堿液等二次污染，導致環境污染。微生物法易受反應環境的影響，威脅到微生物的生長，不利于酸性礦山排水的凈化。為此，迫切需要新技術以解決上述問題。從另一個角度看，酸性礦山排水中水分子、氫離子、硫酸根、金屬
4、膜法治理酸性礦山排水需投加堿性試劑中和ph，對預處理要求高，系統維護難度大，難以保證膜系統的正常使用壽命，會使處理成本大幅上升。同時還存在操作壓力大、能耗多、系統復雜的缺陷。
5、質子交換膜電解槽(pem)處理酸性礦山排水，陽極電解本質是析氧反應，而四電子析氧反應緩慢，需要較高的工作電壓(1.8～2.0v?vs.可逆氫電極(rhe))來提高酸性礦山排水電解效率，能耗高，電解效率低，金屬回收率差。質子交換膜對氣體的阻斷性較差，會導致陰極收集的氫氣中摻雜氧氣，危險性高。
6、光伏系統電解酸性礦山排水回收金屬以及產氫的效率較低，光伏系統受氣候影響，使用具有局限性。
7、微生物電解池回收酸性礦山排水中金屬時，需要保證微生物的活性，操作環境嚴苛。同時為了提高導電性能，陰極室電極有限選用價格昂貴的pt片，導致電解成本上升，技術難度大。
技術實現思路
1、本專利技術實施例的目的是提供一種酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬裝置及方法，以酸性礦山排水為氫離子來源，構建一種能穩定產氫的電解池裝置，提升ph的同時，各金屬離子以氫氧化物、氧化物或單質的形式從酸性礦山排水中沉淀回收去除。所述電解方法操作簡單，能耗小，成本較低，回收金屬純度高、得率高。
2、本專利技術實施例的目的是通過如下技術方案實現的：
3、一種酸性水尿素不對稱電解池，包括陽極室和陰極室，所述的陽極室和陰極室通過雙極膜隔開，所述的陽極室由外側到雙極膜方向上依次包括第一腔室、陽極電極和陽極隔板；所述的第一腔室與陽極電極連接，陰極室由外側到雙極膜方向上依次包括第二腔室、陰極電極和陰極隔板；所述的第二腔室與陰極電極連接，所述的陽極電極與陰極電極與外部電源連接形成回路；所述的第一腔室上設有陽極室進水口和陽極室出水口，所述的第二腔室上設有陰極室進水口和陰極室出水口；所述的陽極電極和陰極電極之間設有電極隔板；所述的第二腔室上設有氫氣收集口；所述的第一腔室上設有氮氣收集口。
4、進一步的，所述的陽極電極與所述的第一腔室之間設有墊片，所述的陰極電極與所述的第二腔室之間設有墊片。
5、一種酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬裝置，包括四個酸性水尿素不對稱電解池；四個所述的酸性水尿素不對稱電解池結構相同，為一級酸性水尿素不對稱電解池、二級酸性水尿素不對稱電解池、三級酸性水尿素不對稱電解池和四級酸性水尿素不對稱電解池；所述的酸性水尿素不對稱電解池為上述的酸性水尿素不對稱電解池；四個所述的酸性水尿素不對稱電解池的第一腔室依次首尾連通形成陽極室循環空間；
6、酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬裝置還包括一級沉淀池、二級沉淀池、三級沉淀池和四級沉淀池；所述的一級酸性水尿素不對稱電解池的第二腔室、一級沉淀池、二級酸性水尿素不對稱電解池的第二腔室、二級沉淀池、三級酸性水尿素不對稱電解池的第二腔室、三級沉淀池、四級酸性水尿素不對稱電解池的第二腔室和四級沉淀池依次連通；
7、所述的酸性水陽離子回收裝置還包括四個金屬回收裝置，分別用于收集不同金屬元素沉淀物的一級沉淀池、二級沉淀池、三級沉淀池和四級沉淀池中的金屬元素沉淀。
8、進一步的，所述的四個酸性水尿素不對稱電解池的氫氣收集口分別與氫氣收集裝置連通。
9、一種酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬的方法，采用上述的裝置完成，所述的陽離子包括fe2+、fe3+、mn2+、al3+、ni2+，回收方法包括如下步驟：
10、接通外部電源，酸性水由一級酸性水尿素不對稱電解池1的陰極室進水口進入，堿性尿素溶液由一級酸性水尿素不對稱電解池的陽極室進水口進入陽極室循環空間，酸性水在酸性水尿素不對稱電解池的陰極室進行電解后達到設定ph后在沉淀池中進行沉淀，沉淀物收集到金屬元素收集裝置中，上清液進入下一級的酸性水尿素不對稱電解池的陰極室中進行電解，回收完的酸性水從四級沉淀池8的出水口流出，四個金屬回收裝置依次收集的是鋁金屬元素沉淀、鐵金屬元素沉淀、鎳金屬元素沉淀和錳金屬元素沉淀。
11、進一步的，一級酸性水尿素不對稱電解池的陰極室的設定ph值為3.8～4.8，二級酸性水尿素不對稱電解池的陰極室的設定ph值為7.8～8.5本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種酸性水尿素不對稱電解池，其特征在于，包括陽極室和陰極室，所述的陽極室和陰極室通過雙極膜隔開，所述的陽極室由外側到雙極膜方向上依次包括第一腔室、陽極電極和陽極隔板；所述的第一腔室與陽極電極連接，陰極室由外側到雙極膜方向上依次包括第二腔室、陰極電極和陰極隔板；所述的第二腔室與陰極電極連接，所述的陽極電極與陰極電極與外部電源連接形成回路；所述的第一腔室上設有陽極室進水口和陽極室出水口，所述的第二腔室上設有陰極室進水口和陰極室出水口；所述的陽極電極和陰極電極之間設有電極隔板；所述的第二腔室上設有氫氣收集口；所述的第一腔室上設有氮氣收集口。
2.根據權利要求1所述的酸性水尿素不對稱電解池，其特征在于，所述的陽極電極與所述的第一腔室之間設有墊片，所述的陰極電極與所述的第一腔室之間設有墊片。
3.一種酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬裝置，其特征在于，包括四個酸性水尿素不對稱電解池；四個所述的酸性水尿素不對稱電解池結構相同，為一級酸性水尿素不對稱電解池、二級酸性水尿素不對稱電解池、三級酸性水尿素不對稱電解池和四級酸性水尿素不對稱電解池；所述的酸性水尿素不對稱電解
4.根據權利要求3所述的酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬裝置，其特征在于，所述的四個酸性水尿素不對稱電解池的氫氣收集口分別與氫氣收集裝置連通。
5.一種酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬的方法，其特征在于，采用權利要求3或4所述的裝置完成，所述的陽離子包括Fe2+、Fe3+、Mn2+、Al3+、Ni2+等，回收方法包括如下步驟：
6.根據權利要求5所述的酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬的方法，其特征在于，一級酸性水尿素不對稱電解池的陰極室的設定pH值為3.8～4.8，二級酸性水尿素不對稱電解池的陰極室的設定pH值為7.8～8.5，三級酸性水尿素不對稱電解池的陰極室的設定pH值為8.5～9，四級酸性水尿素不對稱電解池的陰極室的設定pH值為9～10。
7.根據權利要求5所述的酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬的方法，其特征在于，進入一級酸性水尿素不對稱電解池的陽極室的堿性尿素溶液的pH值為13，每間隔設定時間向堿性尿素溶液中加尿素至pH值為13。
8.根據權利要求5所述的酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬的方法，其特征在于，外部電源采用直流電源提供8V電壓，0.11～0.34A電流。
...【技術特征摘要】
1.一種酸性水尿素不對稱電解池，其特征在于，包括陽極室和陰極室，所述的陽極室和陰極室通過雙極膜隔開，所述的陽極室由外側到雙極膜方向上依次包括第一腔室、陽極電極和陽極隔板；所述的第一腔室與陽極電極連接，陰極室由外側到雙極膜方向上依次包括第二腔室、陰極電極和陰極隔板；所述的第二腔室與陰極電極連接，所述的陽極電極與陰極電極與外部電源連接形成回路；所述的第一腔室上設有陽極室進水口和陽極室出水口，所述的第二腔室上設有陰極室進水口和陰極室出水口；所述的陽極電極和陰極電極之間設有電極隔板；所述的第二腔室上設有氫氣收集口；所述的第一腔室上設有氮氣收集口。
2.根據權利要求1所述的酸性水尿素不對稱電解池，其特征在于，所述的陽極電極與所述的第一腔室之間設有墊片，所述的陰極電極與所述的第一腔室之間設有墊片。
3.一種酸性水尿素不對稱電解析氫和回收金屬裝置，其特征在于，包括四個酸性水尿素不對稱電解池；四個所述的酸性水尿素不對稱電解池結構相同，為一級酸性水尿素不對稱電解池、二級酸性水尿素不對稱電解池、三級酸性水尿素不對稱電解池和四級酸性水尿素不對稱電解池；所述的酸性水尿素不對稱電解池為權利要求1或2所述的酸性水尿素不對稱電解池；四個所述的酸性水尿素不對稱電解池的第一腔室依次...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣進元，陳朱迪，石冬妮，譚偉，宋浩洋，秦紅科，李雅君，何磊，
申請(專利權)人：中國環境科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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