[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

说明书

本发明公开了耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置及方法，包括电解槽以及设置在电解槽内的阳离子交换膜、阴离子交换膜、电催化电极、电控离子交换电极；阳离子交换膜和阴离子交换膜将电解槽内分割为左腔室、中间腔室一和右腔室；左腔室底部设置有第一出液口，顶部设置有出气口，内设置有电催化电极；中间腔室一底部设置有第一进料口，顶部设置有第一出水口。本发明通过内置阴阳离子交换膜与电极材料，同步实现阴阳离子的分离与回收，双膜构造减少了共离子的影响，使得阴阳离子高效选择性分离，在去除回收金属离子的同时，产生高附加值产品；同时进料废水也可得到稀释与净化进而从顶部的出水口排出。

技术领域

本发明属于废水处理和资源回收技术领域，具体涉及一种耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置及方法。

背景技术

随着便携式电子设备的普及新能源电动汽车的快速发展，制造业和工业对锂电池的需求日益激增，但在生产锂电池的过程中会产生相应的工业废水，其废水主要分为阴极废水和阳极废水，废水主要污染物质有三元正极材料，磷酸铁锂和去离子水溶剂等，同时，废水中含有多种高价值的金属离子与无机盐，若不经过分离回收会造成资源的大量流失，也会对环境水资源造成一定的污染。因此，如何高效快速的回收废液中有价值金属离子，实现高效利用成为环境与资源领域的热点问题。

随着科技的快速发展，许多不可再生能源大量消耗，能源危机日益严重，氢气因其具有可再生，制备工艺简单等优点，可作为绿色环保的清洁能源来缓解能源危机。其中，电催化是获得清洁能源最简单且环保的方法，在高效制氢的同时，阳极产酸阴极产碱，因此选择高效的电催化剂对制氢产酸来说是至关重要的。

由于工业废水的排放标准逐年提高，传统的水处理技术难以满足现在的出水要求，因此深度处理环节是提高出水水质的重要环节。水质的深度处理包括了絮凝沉淀法、高级氧化法、膜分离法、离子交换法和电解法等。但传统的深度处理方法，均具存在工艺复杂，成本较高，处理水质难以达标等问题，因此，近年来寻求高效环保的技术成为研究的重点。电控离子交换是一种新型，绿色环保且可以实现离子连续选择性去除的技术，通过调节电活性离子交换膜电极的氧化还原电位实现水体中离子的快速吸附与脱附，且膜材料可再生循环使用。

现有技术CN108456893A公开了一种电控离子交换耦合电解水装置及工艺，采用一腔两室结构，在安装具有电控离子交换功能的电极的一室通过给电极施以氧化或还原电压，实现目标金属离子可逆的吸附与脱附的同时，另外一室实现氢气、氧气或氯气高附加值产物的高效利用。但该装置及工艺无法实现同步连续分离废水中的阴阳离子，且单膜构造存在共离子影响大，离子分离效率低，经处理后的废水无法得到有效排放等缺陷。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供了一种耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置及方法，在电控离子交换技术上结合电催化技术，实现同步连续分离回收三元锂电池正极生产废液中的阴阳离子，同时耦合电催化技术产氢产酸，解决了现有技术无法实现同步连续分离废水中的阴阳离子，且单膜构造存在共离子影响大，离子分离效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置，包括电解槽以及设置在电解槽内的阳离子交换膜、阴离子交换膜、电催化电极、电控离子交换电极；

所述阳离子交换膜和阴离子交换膜将电解槽内分割为左腔室、中间腔室一和右腔室；所述左腔室底部设置有第一出液口，顶部设置有出气口，左腔室内设置有电催化电极；所述中间腔室一底部设置有第一进料口，顶部设置有第一出水口；所述右腔室底部设置有第二出液口，右腔室内设置有电控离子交换电极；所述电控离子交换电极为具有特异性吸附锂离子的材料制成；所述电催化电极、电控离子交换电极与直流稳压电源相连。

本发明的耦合产酸制氢回收三元正极废水中锂离子的装置，包括电解槽以及设置在电解槽内的阳离子交换膜、阴离子交换膜、电催化电极、电控离子交换电极；