[发明专利]耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置及方法

权利要求书

1.耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置，其特征在于，包括电解槽(1)以及设置在电解槽(1)内的阳离子交换膜(2)、阴离子交换膜(3)、电催化电极(4)、电控离子交换电极(5)；

所述阳离子交换膜(2)和阴离子交换膜(3)将电解槽(1)内分割为左腔室(1-1)、中间腔室一(1-3)和右腔室(1-2)；

所述左腔室(1-1)底部设置有第一出液口(1-11)，顶部设置有出气口(1-12)，左腔室(1-1)内设置有电催化电极(4)；

所述中间腔室一(1-3)底部设置有第一进料口(1-6)，顶部设置有第一出水口(1-7)；

所述右腔室(1-2)底部设置有第二出液口(1-13)，右腔室(1-2)内设置有电控离子交换电极(5)；所述电控离子交换电极(5)为具有特异性吸附锂离子的材料制成；

所述电催化电极(4)、电控离子交换电极(5)与直流稳压电源相连。

2.耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置，其特征在于，包括电解槽(1)以及设置在电解槽(1)内的阳离子交换膜(2)、阴离子交换膜(3)、电催化电极(4)、电控离子交换电极(5)；

所述阳离子交换膜(2)、阴离子交换膜(3)设置有多个，沿电解槽(1)一端至另一端依次间隔分布，将电解槽(1)分割为左腔室(1-1)、中间腔室和右腔室(1-2)；

所述中间腔室包括靠近左腔室的中间腔室一(1-3)以及并联在中间腔室一(1-3)与右腔室(1-2)之间的至少一组腔室单元；每组腔室单元包括中间腔室二(1-4)和中间腔室三(1-5)，所述中间腔室二(1-4)位于中间腔室一(1-3)侧；

所述中间腔室一(1-3)底部设置有第一进料口(1-6)，顶部设置有第一出水口(1-7)；所述中间腔室二(1-4)顶部设置有第二出水口(1-8)；所述中间腔室三(1-5)底部设置有第二进料口(1-9)，顶部设置有第三出水口(1-10)；

所述左腔室(1-1)底部设置有第一出液口(1-11)，顶部设置有出气口(1-12)，左腔室(1-1)内设置有电催化电极(4)；

所述右腔室(1-2)底部设置有第二出液口(1-13)，右腔室(1-2)内设置有电控离子交换电极(5)；所述电控离子交换电极(5)为具有特异性吸附锂离子的材料制成；

所述电催化电极(4)、电控离子交换电极(5)与直流稳压电源相连。

3.如权利要求1或2所述的耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置，其特征在于，所述阴离子交换膜(3)为季胺型阴离子交换膜或芳香胺型离子交换膜。

4.如权利要求1或2所述的耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置，其特征在于，所述阳离子交换膜(2)为磺酸型离子交换膜。

5.如权利要求1或2所述的耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置，其特征在于，电控离子交换电极(5)为TiO2@PDA-PANI薄膜材料负载在钛网形成。

6.如权利要求5所述的耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置，其特征在于，所述TiO2@PDA-PANI薄膜材料的制备方法包括：

(1)将多巴胺溶解在pH为4.0～5.0的NaAC缓冲液中，可得PDA-PANI薄膜，将其在干燥条件下储存；

(2)将得到的PDA-PANI薄膜浸渍在含有TiO₂前驱体的钛酸异丙酯的溶液中，4～6h后，从溶液中提取TiO₂@PDA-PANI膜，清洗；

(3)将LiCl和12C4溶解于60mL甲醇中，然后加入TiO₂@PDA-PANI膜，得到混合物；

(4)将EGDMA、MAA及AIBN添加至所述混合物中，于50～70℃、氮气气氛下处理10～12h，得到初始膜，对初始膜洗涤并除去锂离子；

(5)将处理后的初始膜在60～70℃下干燥0.5～1h，得TiO₂@PDA-PANI薄膜材料。

7.如权利要求1或2所述的耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置，其特征在于，所述电催化电极(4)为石墨相氮化碳薄膜电极。