【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及酸性水治理及资源回收，具体涉及一种酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属装置及方法。
技术介绍
1、本专利技术对于
技术介绍
的描述属于与本专利技术相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本专利技术的
技术实现思路
，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本专利技术在首次提出申请的申请日的现有技术。
2、酸性水的ph值小于6.0，常见于冶金、食品工业、制药业、采矿业等领域。其中，采矿业产生的酸性矿山排水ph值一般介于2.0～4.5，含有高浓度so42-、fe2+、fe3+、mn2+、al3+、ni2+及其他金属离子。酸性矿山排水是世界各国矿区治理面临最突出的污染问题之一，废弃矿井酸性排水点多面广、排放量大、成分复杂，在复杂的地质营力和水文条件下进入受纳水体和土体，不仅对环境中生物生长、发育和繁殖产生负面影响，而且高浓度fe2+经氧化后形成沉淀物会使水体呈现红褐色，影响感官以及水资源的可持续利用。
3、目前处理酸性矿山排水的方法主要包括中和沉淀法、膜法、吸附法、电化学法和微生物法。尽管酸性矿山排水治理取得了重大进展，但治理时间长、运行维护成本高，难以持续治理。中和沉淀法需添加化学药剂，以去除水中的硬度和碱度，该方法存在药剂消耗量大、成本高、污泥生成量大等问题。采用膜法治理时成本高，并且该法还会有大量废酸、废碱液等二次污染，导致环境污染。微生物法易受反应环境的影响，威胁到微生物的生长，不利于酸性矿山排水的净化。为此，迫切需要新技术以解决上述问题。从另一个角度看，酸性矿山排水中水分子、氢离子、硫酸根、金属
4、膜法治理酸性矿山排水需投加碱性试剂中和ph，对预处理要求高，系统维护难度大，难以保证膜系统的正常使用寿命，会使处理成本大幅上升。同时还存在操作压力大、能耗多、系统复杂的缺陷。
5、质子交换膜电解槽(pem)处理酸性矿山排水，阳极电解本质是析氧反应，而四电子析氧反应缓慢，需要较高的工作电压(1.8～2.0v vs.可逆氢电极(rhe))来提高酸性矿山排水电解效率，能耗高，电解效率低，金属回收率差。质子交换膜对气体的阻断性较差，会导致阴极收集的氢气中掺杂氧气，危险性高。
6、光伏系统电解酸性矿山排水回收金属以及产氢的效率较低，光伏系统受气候影响，使用具有局限性。
7、微生物电解池回收酸性矿山排水中金属时，需要保证微生物的活性，操作环境严苛。同时为了提高导电性能，阴极室电极有限选用价格昂贵的pt片，导致电解成本上升，技术难度大。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的是提供一种酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属装置及方法，以酸性矿山排水为氢离子来源，构建一种能稳定产氢的电解池装置，提升ph的同时，各金属离子以氢氧化物、氧化物或单质的形式从酸性矿山排水中沉淀回收去除。所述电解方法操作简单，能耗小，成本较低，回收金属纯度高、得率高。
2、本专利技术实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
3、一种酸性水尿素不对称电解池，包括阳极室和阴极室，所述的阳极室和阴极室通过双极膜隔开，所述的阳极室由外侧到双极膜方向上依次包括第一腔室、阳极电极和阳极隔板；所述的第一腔室与阳极电极连接，阴极室由外侧到双极膜方向上依次包括第二腔室、阴极电极和阴极隔板；所述的第二腔室与阴极电极连接，所述的阳极电极与阴极电极与外部电源连接形成回路；所述的第一腔室上设有阳极室进水口和阳极室出水口，所述的第二腔室上设有阴极室进水口和阴极室出水口；所述的阳极电极和阴极电极之间设有电极隔板；所述的第二腔室上设有氢气收集口；所述的第一腔室上设有氮气收集口。
4、进一步的，所述的阳极电极与所述的第一腔室之间设有垫片，所述的阴极电极与所述的第二腔室之间设有垫片。
5、一种酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属装置，包括四个酸性水尿素不对称电解池；四个所述的酸性水尿素不对称电解池结构相同，为一级酸性水尿素不对称电解池、二级酸性水尿素不对称电解池、三级酸性水尿素不对称电解池和四级酸性水尿素不对称电解池；所述的酸性水尿素不对称电解池为上述的酸性水尿素不对称电解池；四个所述的酸性水尿素不对称电解池的第一腔室依次首尾连通形成阳极室循环空间；
6、酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属装置还包括一级沉淀池、二级沉淀池、三级沉淀池和四级沉淀池；所述的一级酸性水尿素不对称电解池的第二腔室、一级沉淀池、二级酸性水尿素不对称电解池的第二腔室、二级沉淀池、三级酸性水尿素不对称电解池的第二腔室、三级沉淀池、四级酸性水尿素不对称电解池的第二腔室和四级沉淀池依次连通；
7、所述的酸性水阳离子回收装置还包括四个金属回收装置，分别用于收集不同金属元素沉淀物的一级沉淀池、二级沉淀池、三级沉淀池和四级沉淀池中的金属元素沉淀。
8、进一步的，所述的四个酸性水尿素不对称电解池的氢气收集口分别与氢气收集装置连通。
9、一种酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属的方法，采用上述的装置完成，所述的阳离子包括fe2+、fe3+、mn2+、al3+、ni2+，回收方法包括如下步骤：
10、接通外部电源，酸性水由一级酸性水尿素不对称电解池1的阴极室进水口进入，碱性尿素溶液由一级酸性水尿素不对称电解池的阳极室进水口进入阳极室循环空间，酸性水在酸性水尿素不对称电解池的阴极室进行电解后达到设定ph后在沉淀池中进行沉淀，沉淀物收集到金属元素收集装置中，上清液进入下一级的酸性水尿素不对称电解池的阴极室中进行电解，回收完的酸性水从四级沉淀池8的出水口流出，四个金属回收装置依次收集的是铝金属元素沉淀、铁金属元素沉淀、镍金属元素沉淀和锰金属元素沉淀。
11、进一步的，一级酸性水尿素不对称电解池的阴极室的设定ph值为3.8～4.8，二级酸性水尿素不对称电解池的阴极室的设定ph值为7.8～8.5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种酸性水尿素不对称电解池，其特征在于，包括阳极室和阴极室，所述的阳极室和阴极室通过双极膜隔开，所述的阳极室由外侧到双极膜方向上依次包括第一腔室、阳极电极和阳极隔板；所述的第一腔室与阳极电极连接，阴极室由外侧到双极膜方向上依次包括第二腔室、阴极电极和阴极隔板；所述的第二腔室与阴极电极连接，所述的阳极电极与阴极电极与外部电源连接形成回路；所述的第一腔室上设有阳极室进水口和阳极室出水口，所述的第二腔室上设有阴极室进水口和阴极室出水口；所述的阳极电极和阴极电极之间设有电极隔板；所述的第二腔室上设有氢气收集口；所述的第一腔室上设有氮气收集口。
2.根据权利要求1所述的酸性水尿素不对称电解池，其特征在于，所述的阳极电极与所述的第一腔室之间设有垫片，所述的阴极电极与所述的第一腔室之间设有垫片。
3.一种酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属装置，其特征在于，包括四个酸性水尿素不对称电解池；四个所述的酸性水尿素不对称电解池结构相同，为一级酸性水尿素不对称电解池、二级酸性水尿素不对称电解池、三级酸性水尿素不对称电解池和四级酸性水尿素不对称电解池；所述的酸性水尿素不对称电解
4.根据权利要求3所述的酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属装置，其特征在于，所述的四个酸性水尿素不对称电解池的氢气收集口分别与氢气收集装置连通。
5.一种酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属的方法，其特征在于，采用权利要求3或4所述的装置完成，所述的阳离子包括Fe2+、Fe3+、Mn2+、Al3+、Ni2+等，回收方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属的方法，其特征在于，一级酸性水尿素不对称电解池的阴极室的设定pH值为3.8～4.8，二级酸性水尿素不对称电解池的阴极室的设定pH值为7.8～8.5，三级酸性水尿素不对称电解池的阴极室的设定pH值为8.5～9，四级酸性水尿素不对称电解池的阴极室的设定pH值为9～10。
7.根据权利要求5所述的酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属的方法，其特征在于，进入一级酸性水尿素不对称电解池的阳极室的碱性尿素溶液的pH值为13，每间隔设定时间向碱性尿素溶液中加尿素至pH值为13。
8.根据权利要求5所述的酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属的方法，其特征在于，外部电源采用直流电源提供8V电压，0.11～0.34A电流。
...【技术特征摘要】
1.一种酸性水尿素不对称电解池，其特征在于，包括阳极室和阴极室，所述的阳极室和阴极室通过双极膜隔开，所述的阳极室由外侧到双极膜方向上依次包括第一腔室、阳极电极和阳极隔板；所述的第一腔室与阳极电极连接，阴极室由外侧到双极膜方向上依次包括第二腔室、阴极电极和阴极隔板；所述的第二腔室与阴极电极连接，所述的阳极电极与阴极电极与外部电源连接形成回路；所述的第一腔室上设有阳极室进水口和阳极室出水口，所述的第二腔室上设有阴极室进水口和阴极室出水口；所述的阳极电极和阴极电极之间设有电极隔板；所述的第二腔室上设有氢气收集口；所述的第一腔室上设有氮气收集口。
2.根据权利要求1所述的酸性水尿素不对称电解池，其特征在于，所述的阳极电极与所述的第一腔室之间设有垫片，所述的阴极电极与所述的第一腔室之间设有垫片。
3.一种酸性水尿素不对称电解析氢和回收金属装置，其特征在于，包括四个酸性水尿素不对称电解池；四个所述的酸性水尿素不对称电解池结构相同，为一级酸性水尿素不对称电解池、二级酸性水尿素不对称电解池、三级酸性水尿素不对称电解池和四级酸性水尿素不对称电解池；所述的酸性水尿素不对称电解池为权利要求1或2所述的酸性水尿素不对称电解池；四个所述的酸性水尿素不对称电解池的第一腔室依次...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋进元，陈朱迪，石冬妮，谭伟，宋浩洋，秦红科，李雅君，何磊，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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