[发明专利]一种太阳能驱动废水处理耦合产氢的装置及方法

权利要求书

1.一种太阳能驱动废水处理耦合产氢的装置，所述装置包括用于处理废水，并产生氢气的立体催化电极反应器、用于供电的光电系统、管道系统、用于存储废水的贮水系统以及用于收集氢气的氢气收集系统；

其中，所述立体催化电极反应器通过所述管道系统分别与所述贮水系统以及氢气收集系统连接，所述光电系统给所述立体催化电极反应器供电，其特征在于，所述装置的结构为：

所述立体催化电极反应器包括单价阳离子交换膜（1）、阳极室（2）和阴极室（3）；

所述光电系统包括太阳能光伏板（7）、稳压应急电源（8）和单刀双掷开关（9）；

所述管道系统包括废水进水管（10）、废水导入管（11a）、废水导入泵（12a）、废水回流管（13a）、废水出水阀（14a）、废水出水管（15a）；稀碱液导入管（11b）、稀碱液导入泵（12b）、浓碱液回流管（13b）、浓碱液出水阀（14b）、浓碱液出水管（15b）；

所述贮水系统包括废水贮槽（16）、碱液贮槽（17）；

所述氢气收集系统包括导气管（18）和氢气罐（19）；

其中，所述阳极室（2）和阴极室（3）内分别设置有阳极电极板（4）和阴极电极板（5）；所述阳极室（2）和阴极室（3）各自填充负载型活性炭颗粒电极（6），所述活性炭颗粒电极（6）的表面负载有伽马MnO₂颗粒，形成立体催化电极阳极群和阴极群；所述废水贮槽（16）和碱液贮槽（17）分别设置在所述阳极室（2）和阴极室（3）两端，所述废水贮槽（16）通过废水导入泵（12a）和废水导入管（11a）与所述阳极室（2）的底部连接，所述阳极室（2）通过废水回流管（13a）与所述废水贮槽（16）的顶部连接，所述废水进水管（10）和废水出水阀（14a）设置在所述废水贮槽（16）上、所述废水出水管（15a）通过所述废水出水阀（14a）与所述废水贮槽（16）连接；

所述碱液贮槽（17）通过稀碱液导入泵（12b）和稀碱液导入管（11b）与所述阴极室（3）的底部连接，所述阴极室（3）通过浓碱液回流管（13b）与所述碱液贮槽（17）的顶部连接，所述碱液贮槽（17）的底部设有浓碱液出水管（15b），所述浓碱液出水阀（14b）设置在所述浓碱液出水管（15b）上，所述氢气罐（19）通过所述导气管（18）与所述碱液贮槽（17）连接；

所述太阳能光伏板（7）的一端分别与所述阳极电极板（4）和所述单刀双掷开关（9）一端连接，所述太阳能光伏板（7）另一端分别与所述稳压应急电源（8）和所述单刀双掷开关（9）一端连接，所述稳压应急电源（8）的另一端分别与所述阴极电极板（5）和所述单刀双掷开关（9）连接；

所述活性炭颗粒电极（6）的表面负载有伽马MnO₂颗粒的具体工艺为：步骤1：首先将活性炭颗粒填充于阳极电极板和阴极电极板之间，同时，电解槽中加入MnSO₄溶液和H₂SO₄溶液的混合溶液为电解质；

步骤2：进行电沉积反应:以一定的电压或电流密度接通电路，通入一定浓度的氧气，通过气体均布板均匀分散到活性炭颗粒间隙；

步骤3：电解槽处于水浴加热状态，进行电沉积一段时间；

步骤4：电沉积结束后，取出活性炭颗粒，用水冲洗，去除活性炭颗粒表面未反应完的MnSO₄溶液和H₂SO₄溶液，并在合适的温度下干燥一段时间，即得到负载伽马MnO₂的活性炭颗粒电极。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动废水处理耦合产氢的装置，其特征在于，所述阳极电极板（4）材质为：Ti/RuO₂电极板和Pt电极板的一种；阴极电极板（5）材质为：不锈钢纤维毡电极板、玻璃炭电极板、Cu电极板和石墨电极板中的一种，所述阳极电极板（4）和所述阴极电极板（5）之间的间距为3-10cm。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活性炭颗粒为椰壳和果壳中的一种或者两者的组合物，所述活性炭颗粒为块状颗粒，粒径为2-4mm；或为柱状颗粒，粒径为2mm、4mm和6mm。