【技术实现步骤摘要】
本技术涉及电化学领域，更为具体的，涉及一种基于相分离的废水制氢系统。
技术介绍
1、电解水制氢高度依赖纯净水。然而我国乃至全球都处于淡水资源短缺的现状。而工业、生活等产生大量废水，若加以利用用于制氢，将实现废水资源的能源化利用，是产业未来绿色转型和发展新质生产力的重要手段。然而废水成分极其复杂，包含无机盐、水分、有机物、挥发分等，其中无机盐离子特别是氯离子可能发生竞争反应(如析氯副反应)造成催化剂毒化或腐蚀；其次，有机物可能造成电解过程发生副反应，或吸附在电极表面，降低电解效率；挥发分的引入可能造成电解产生的气体混有杂质，纯度较低。
2、当前工业常用的废水制氢的方式仍然是先通过预处理得到纯净水后电解制氢。这就涉及到复杂、繁琐的工艺流程，如固体沉降、除菌、多级反渗透、树脂交换等，成本高过程复杂。此外，若直接将废水通入电解系统用于制氢，难以保证制氢的纯度、效率、效果以及系统装备的寿命等；且由于废水的复杂性，难以实现一套装备的全面覆盖使用，需要针对性的进行开发，极大增加了人力、工程等成本。因此，亟需发展简易、高效、低成本、耐受性强、普适性强的废水高效制氢的系统装备。
技术实现思路
1、本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于相分离的废水制氢系统。
2、本技术的目的是通过以下方案实现的：
3、一种基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，包括：自选择分相塔、废水进液口、自选择分相液上层液、自选择分相液下层液、传质舱、捕获室、传质通道和电解槽；自选择分
4、进一步地，所述自选择分相液包括下层液和上层液；所述下层液包括10～25wt％硫酸镁、10～25wt％硫酸钠和15～34wt％柠檬酸钠；所述上层液包括peg400水溶液、peg600水溶液、peg800水溶液、peg1000水溶液、peg1500水溶液、peg2000水溶液、peg3000水溶液、peg4000水溶液、peg6000水溶液或peg8000水溶液。
5、进一步地，在所述自选择分相塔上设置有挥发分出口，若废水中含有挥发分，通过挥发分出口排除或收集进行后处理。
6、进一步地，所述向传质舱盛放的液体中通入气体，气体直接来自于电解产生的氧气/氢气分出的一股气体，或外加惰性气体；这些气体进一步通过外置的气泵进行循环使用；若使用电解产生的氧气，在不需要氧气作为产品时，能够持续利用电解产生的氧气营造高湿度环境。
7、进一步地，在传质通道上设置有除沫器或者防水透气过滤层，用于阻挡传质舱内被气体带出的小水滴或盐雾。
8、进一步地，所述捕获室中循环喷淋的电解质为具有饱和蒸汽压低、电导率高、电化学稳定的电解质，具体包括koh溶液、k2co3溶液、khco3溶液、naoh溶液、na2co3溶液、nahco3溶液、k3po4溶液、ch3cook溶液、h2so4溶液、hclo4、h3po4溶液中的任一种或多种组合。
9、进一步地，还包括供电模块，供电模块给电解槽供电。
10、进一步地，还包括液位计和控制系统，当自选择分相液下层液浓度升高到设定值，或液面降低到液位计设定高度时，触发控制系统控制废水进液口打开，使废水再次通过废水进液口进入自选择分相塔，废水中的有机物残留在自选择分相液上层，废水中的无机盐和水分进入下层，从而为电解制氢提供源源不断的水分。
11、进一步地，还包括固液分离器，在自选择分相塔和传质舱底部沉积固体物质，通过定时打开通道使其进入固液分离器后，分离出固体盐，多余的水分继续回到系统中。
12、进一步地，通过使用电解产生的废热来作为热源，用于加热自选择分相液，来增强分相效果和废水自选择分离效果，同时通过加热来增强自选择分相下层液中的水分加速被电解质吸收。
13、进一步地，还包括氢气分离器、氧气分离器和氢气纯化器，电解产生的氢气通过氢气分离器和氢气纯化器，氧气通过氧气分离器和氧气纯化后，得到最终产品。
14、本技术的有益效果包括：
15、本技术经历创造性思考后探索到了新的联系机理：通过自选择分相诱导废水中有机物、挥发分、无机盐溶液进行自动分离，同时诱导产生高湿度气体环境用于向电解质中传递纯净水分子，无需额外能耗的为电解制氢补充纯净水。具体的，能够诱导废水中的有机物、无机物溶液、挥发分等组分进行分相进入上层液，同时通过向下层液中鼓气营造高湿度气体环境，使纯净水分子通过界面压力差进入水捕获装置中的电解质，自选择分相塔、水分营造室和传质舱可以集成为一个一体化装置，实现上述功能。不同常规的产生高湿度气体后通过冷凝获取纯净水的需要额外耗能的分离方式，本技术中由于高湿度气体与电解质间存在天然的压力差驱动力，因此电解质吸收气体的过程是无需额外能耗的。
16、本技术可以通过电解质从复杂的废水中获取纯净水用于制氢。该技术从根本上解决了工业废水成分复杂使离子交换膜失效、催化剂失活、产生二次污染和有毒气体等问题，避免了大尺寸净化系统的占地空间大的问题，大大提高了电解工业废水制氢的制氢效率。同时，有助于未来工业废水的资源化利用，为工业废水的直接制氢提供强有力技术支撑。
17、通过本技术可以有效隔绝废水中的有机物和无机物，从而保证进入电解质当中的为纯净水，用于电解制氢，避免了废水复杂组分对电解制氢的系统性影响。且本技术提供的系统具有普适性，无需针对特定场景的废水进行定制开发，因此极大的节省了工程、人工、脑力成本等，有助于快速、大规模产品化推广。
18、本技术直接利用电解产生的废热，无需额外寻找热源，同时能够提升系统的能量综合利用效率。同时，与常规的废水处理或者废水制氢系统相比，本技术还可以实现制氢的同时，将废水中的固体盐进行回收获取。实现废水的资源化和能源化双效利用。
19、本技术将实现工业废水电解制氢工艺，同现有的废水处理工艺相比，可以实现低成本的废水处理的同时，实现氢能源的生产。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，所述自选择分相液包括下层液和上层液；所述下层液包括10～25wt％硫酸镁、10～25wt％硫酸钠和15～34wt％柠檬酸钠；所述上层液包括PEG400水溶液、PEG600水溶液、PEG800水溶液、PEG1000水溶液、PEG1500水溶液、PEG2000水溶液、PEG3000水溶液、PEG4000水溶液、PEG6000水溶液或PEG8000水溶液。
3.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，在所述自选择分相塔(1)上设置有挥发分出口(3)，若废水中含有挥发分，通过挥发分出口(3)排除或收集进行后处理。
4.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，所述向传质舱(7)盛放的液体中通入气体，气体直接来自于电解产生的氧气/氢气分出的一股气体，或外加惰性气体；这些气体进一步通过外置的气泵进行循环使用；若使用电解产生的氧气，在不需要氧气作为产品时，能够持续利用电解产生的氧气营造高湿度环境。
6.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，还包括供电模块(13)，供电模块(13)给电解槽(12)供电。
8.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，还包括液位计(6)和控制系统，当自选择分相液下层液(5)浓度升高到设定值，或液面降低到液位计(6)设定高度时，触发控制系统控制废水进液口(2)打开，使废水再次通过废水进液口(2)进入自选择分相塔(1)，废水中的有机物残留在自选择分相液上层，废水中的无机盐和水分进入下层，从而为电解制氢提供源源不断的水分。
9.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，还包括固液分离器(10)，在自选择分相塔(1)和传质舱(7)底部沉积固体物质，通过定时打开通道使其进入固液分离器(10)后，分离出固体盐(11)，多余的水分继续回到系统中。
10.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，通过使用电解产生的废热来作为热源，用于加热自选择分相液，来增强分相效果和废水自选择分离效果，同时通过加热来增强自选择分相下层液(5)中的水分加速被电解质吸收。
11.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，还包括氢气分离器(14)、氧气分离器(15)和氢气纯化器(16)，电解产生的氢气通过氢气分离器(14)和氢气纯化器(16)，氧气通过氧气分离器(15)和氧气纯化后，得到最终产品。
...【技术特征摘要】
1.一种基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，所述自选择分相液包括下层液和上层液；所述下层液包括10～25wt％硫酸镁、10～25wt％硫酸钠和15～34wt％柠檬酸钠；所述上层液包括peg400水溶液、peg600水溶液、peg800水溶液、peg1000水溶液、peg1500水溶液、peg2000水溶液、peg3000水溶液、peg4000水溶液、peg6000水溶液或peg8000水溶液。
3.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，在所述自选择分相塔(1)上设置有挥发分出口(3)，若废水中含有挥发分，通过挥发分出口(3)排除或收集进行后处理。
4.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，所述向传质舱(7)盛放的液体中通入气体，气体直接来自于电解产生的氧气/氢气分出的一股气体，或外加惰性气体；这些气体进一步通过外置的气泵进行循环使用；若使用电解产生的氧气，在不需要氧气作为产品时，能够持续利用电解产生的氧气营造高湿度环境。
5.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，在传质通道(9)上设置有除沫器或者防水透气过滤层，用于阻挡传质舱(7)内被气体带出的小水滴或盐雾。
6.根据权利要求1所述的基于相分离的废水制氢系统，其特征在于，
...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵治宇，刘涛，吴岳，唐文彬，谢和平，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。