[发明专利]基于金属空气电池的水处理回收装置及其方法

权利要求书

1.一种基于金属空气电池的水处理回收装置，其特征在于，包括：产电系统、储能系统和水处理回收系统；

所述的产电系统包括腐蚀性金属负极、空气扩散正极和腔体，所述腐蚀性金属负极和空气扩散正极对向放置，与腔体共同构成密闭容器，所述空气扩散正极的外侧与空气接触；

所述的产电系统分别通过腐蚀性金属负极和空气扩散正极与所述的储能系统电路连接，用于将产电系统中产生的电能储存到储能系统中，所述的产电系统和储能系统之间设置有倒极开关，用于切换产电系统的正负极，调整充电或放电状态；

所述的产电系统通过管路与所述的水处理回收系统连接，所述的水处理回收系统包括循环泵、罐体和结晶过滤器，所述的循环泵用于将所述罐体中的水泵入所述的产电系统中，所述的结晶过滤器用于对处理过的水进行过滤截留。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的腐蚀性金属负极为镁、铁、铝板，或其中任意两种或三种的合金板；所述的空气扩散正极包括炭制扩散电极基体和在基体上负载的正极催化层。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的炭制扩散电极基体为由碳素活性物质，集流体和空气扩散层组成的三明治结构；所述的正极催化层为Ir氧化物、Ru氧化物、Co氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Pt、炭黑中的一种，或者其中任意多种组份的复合物。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的正极催化层的形状为纳米球、纳米线、纳米棒、纳米管或纳米花的阵列排布，所述腔体上与所述空气扩散正极平行的一侧设置有圆孔，用于与空气接触。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的储能系统为可充放电电池。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的循环泵为蠕动泵，所述的腔体为有机玻璃腔体，所述的罐体为有机玻璃容器或塑料容器；所述的结晶过滤器的金属过滤头为不锈钢或钛材料，所述结晶过滤器的过滤孔径1μm～5μm。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的腐蚀性金属负极和空气扩散正极之间的电极间距为0.5～2cm。

8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述集流体为具有导电性的网状结构；所述碳素活性物质包括活性炭、炭黑、石墨烯和石墨粉中的一种或多种；所述的空气扩散层为聚四氟乙烯涂层。

9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述集流体为具有导电性的网状结构；所述碳素活性物质为炭布或炭纸。

10.一种应用于权利要求1-9任一权项所述的装置的水处理回收方法，其特征在于，包括：

第一阶段：将待处理废水放置于水处理回收系统的罐体中，开启循环泵，将所述待处理废水泵入至产电系统的密闭容器中，腐蚀性金属负极自发利用所述待处理废水作为电解液发生原电池反应并将金属阳离子释放到废水中，空气扩散正极利用空气中的氧气发生氧还原反应，产生电流，作为电能储存到储能系统中；

释放的金属阳离子进入水处理回收系统的罐体中，与剩余待处理废水中的氨氮和磷酸盐产生磷酸盐形式的结晶物，并通过结晶过滤器进行分离；

第二阶段：通过倒极开关改变原有产电系统中电极的正负极性，利用收集的电能作为直流电源进行电解废水，利用空气扩散正极上负载的催化剂将废水中的氯离子氧化为活性氯，并作为氧化剂降解废水中的有机物；同时产生的活性氯还与第一阶段中废水中残余的氨氮反应，将氨氮进一步氧化为氮气。