[发明专利]同步处理废酸废碱并产电的氢化物/空气电池

说明书

一种同步处理废酸废碱并产生电能的金属氢化物/空气电化学电池装置。包括：作为正极的空气扩散电极、作为负极的预储氢的氢化物电极以及离子交换膜，其中：正、负极分别置于废酸溶液和废碱溶液中且正、负极与外电路相连，离子交换膜设置于酸碱两种电解液间作为隔膜材料；当电池放电或进行废酸废碱处理时，负极发生的反应为析出氢并与废碱中的OH^‑离子发生氧化反应，生成水并产出电子；同时电子从外电路导出并流向正极，使得空气中的氧气与废酸中的H⁺离子发生还原反应生成水。本发明为工业生产中产生的废酸废碱带来的环境污染问题上提供一种“无害化、减量化和资源化”处理技术路径，具有现实意义和良好的应用前景。

技术领域

本发明是一种涉及化工、环境和能源领域的技术，具体是一种基于安全的同步处理废酸废碱并产电的氢化物/空气电池的装置及方法。

背景技术

工业生产中排放的废酸废碱对我们的水体环境影响极大，是制约我国可持续发展的一个突出问题。传统处理废酸废碱的技术包括直接混合废酸废碱中和、生物技术、水泥窑高温焚毁、气浮沉淀除杂、铁炭微电解、湿式氧化法处理技术。然而，这些传统技术方法资源利用率低，缺乏经济效益。例如，直接混合中和处理技术是将酸性废水与碱性废水互相混合中和或者用固体废碱渣直接中和酸性废水。但是，该技术的化学中和过程中所产生的废热能量并没有加以转化利用，导致总利用率和经济效益较低。

发明内容

本发明针对目前安全性高、资源化利用率高的废酸废碱同步处理技术缺乏的问题，提出一种同步处理废酸废碱并产生电能的金属氢化物/空气电化学电池装置。该技术发明利用安全性高的氢化物在碱性条件下消耗OH^-离子的氧化反应作为负极反应和安全性高的空气扩散电极在酸性条件下消耗H⁺离子的还原反应作为正极反应，酸碱电解液由离子交换膜隔开。在放电或进行电化学中和的过程中，即处理废酸废碱的同时，可从废酸废碱处理过程中获取电能，实现高效安全及资源化利用的电化学中和处理。本发明废酸废碱处理过程中不排放废气废液，并可连续性处理废酸和废碱。本发明为工业生产中产生的废酸废碱带来的环境污染问题上提供一种“无害化、减量化和资源化”处理技术路径，具有现实意义和良好的应用前景。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种同步处理废酸废碱并产生电能的金属氢化物/空气电化学电池装置，包括：作为正极的空气扩散电极、作为负极的预储氢的氢化物电极以及离子交换膜，其中：正、负极分别置于废酸溶液和废碱溶液中且正、负极与外电路相连，离子交换膜设置于酸碱两种电解液间作为隔膜材料；当电池放电或进行废酸废碱处理时，负极发生的反应为析出氢并与废碱中的OH^-离子发生氧化反应，生成水并产出电子；同时电子从外电路导出并流向正极，使得空气中的氧气与废酸中的H⁺离子发生还原反应生成水。

本装置的上述整个放电过程中，H⁺离子和OH^-离子得到了有效的电化学中和处理并通过相应的电化学反应释放电能。

所述的废酸溶液和废碱溶液可取自工业上所产生废酸废碱，并直接用作本发明电化学电池装置的电解液，在得到电化学中和处理的同时获取电能。

所述的空气扩散电极，通过将铂碳催化剂、导电碳黑与粘结剂溶液混合研磨后涂于疏水碳布表面烘干得到。

所述的预储氢的氢化物电极，通过以下步骤得到：

①将镍氢电池中成分为LaNi₅的金属氢化物(MH)、导电碳黑和粘结剂溶液混合研磨后烘干得到活性物质；

②将活性物质涂抹于泡沫镍上后将泡沫镍对折并将镀镍钢带夹于中间形成夹心结构且镀镍钢带部分伸出泡沫镍外。

③夹心结构烘干并压实后进行活化处理。

所述的金属氢化物的成分为LaNi₅镧镍储氢合金。