[发明专利]基于三明治结构电极的自吸水自发电式水处理装置和方法

说明书

本发明提供了一种基于三明治结构电极的自吸水自发电式水处理装置和方法，包括：三明治结构电极、进水箱和产水箱；三明治结构电极为顺序叠放的空气正极、分隔材料、薄膜负极、分隔材料和空气正极组成的双正极‑单负极结构；分隔材料分别与两侧的空气正极和薄膜负极接触，分隔材料的两端裸露于接触面外，一端裸露的两层分隔材料用于置于进水箱的水中，另一端裸露的两层分隔材料与产水箱连通；分隔材料为厚度小于或等于1mm的具有吸水性且不导电的多孔薄膜材料；薄膜负极和一个空气正极分别通过导线与用电设备相连，用于对用电设备供电。本装置具有低内阻、高产电以及无需外加电能的完全自供电技术。

技术领域

本发明涉及金属空气电池和水处理技术领域，尤其涉及一种基于三明治结构电极的自吸水自发电式水处理装置和方法。

背景技术

近年来，基于自供电的可持续净水技术成为水污染控制领域的研究热点。如何能够实现废水处理的同时产生电能并且回收有价值物质是研究者们共同努力的目标。现有技术中，废水处理时，废水进出水等均需要蠕动泵等供电装置来驱动，使完全自供电水处理装置的优势更加显著。专利CN201911135030.2研究了基于金属空气电池的水处理回收装置及其方法，构建了基于金属空气电池的水处理方法，虽然可以实现同步废水处理与发电，但是并不能达到完全自供电的目的；专利CN201911287298.8开发了基于铁-空气电池的水处理装置和方法，但多数也均需要外加动力来源实现废水的高效循环与补给；并且基于现有专利中提出的基于金属-空气电池的水处理装置中正负极的电极间距一般至少在cm级别甚至更高，通常金属-空气电池的产电效率又受到电池内阻的制约，因此较大的电极间距势必会增加电池的内阻，降低产电功率和效率。同时，电池产电效率也会受到单位质量负极产电功率的制约，如何提升单位负极质量下的产电功率也成为现有技术中的瓶颈。对于cm级厚度的负极材料，虽然能够提供较多理论产电能力，但是随着其使用过程中的钝化问题，负极内部的材料并无法进一步利用。为此，低内阻、高产电、完全自供电形式的净水技术对于绿色水处理技术发展具有重要现实意义。

发明内容

本发明提供了一种基于三明治结构电极的自吸水自发电式水处理装置和方法，以解决现有技术问题中存在的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于三明治结构电极的自吸水自发电式水处理装置，包括：三明治结构电极、进水箱和产水箱；

所述的三明治结构电极为顺序叠放的空气正极、分隔材料、薄膜负极、分隔材料和空气正极组成的双正极-单负极结构；

所述分隔材料分别与两侧的空气正极和薄膜负极接触用于将空气正极和薄膜负极分隔开，分隔材料的两端裸露于接触面外，一端裸露的两层分隔材料用于置于进水箱的水中，另一端裸露的两层分隔材料与产水箱连通，用于通过分隔材料从进水箱中吸取废水，通过三明治结构电极处理后流至产水箱；

分隔材料为厚度小于或等于1mm的具有吸水性且不导电的多孔薄膜材料；

所述薄膜负极和一个空气正极分别通过导线与用电设备相连，用于对用电设备供电。

优选地，进水箱高于产水箱，且与产水箱之间的高度差为5cm-5m。

优选地，薄膜负极为镁、铁、铝、锌，或镁、铁、铝、锌中任意两种或三种的合金。

优选地，薄膜负极的厚度为0.001mm-0.5mm。

优选地，分隔材料为纯棉材质、全涤纶材质的无纺布或者纸张。

优选地，分隔材料的厚度为0.1mm-1mm。

优选地，空气正极包括空气扩散层、集流体、导电活性层和正极催化层，所述空气扩散层位于空气端，正极催化层位于分隔材料端；所述空气正极厚度为0.5mm-1mm。