[发明专利]一种用于金属去除及纳米颗粒产物回收的多功能装置

说明书

本发明属于电化学和膜分离领域，提出了一种用于金属去除及纳米颗粒产物回收的多功能装置，该装置包括两电化学结晶区、两颗粒膜分离区和电化学阳极反应区。首次利用丝网阴极/绝缘隔网/丝网阳极的紧凑结构，加速了结晶区碱性区域的生成速率和扩散距离，保证了金属晶核成型、生长的环境条件，进而强化了均相成核反应的发生。并且通过电化学参数的调控与反应装置控制晶核的尺寸与膜孔径相匹配，缩短了金属颗粒成型时间，提高装置通量并降低能耗；控制溶液的碱度，实现多种金属的有序去除并生成尺寸均匀的纳米颗粒产物。该装置重金属去除效率高，回收产物纯度高，还可用于废水处理、二氧化碳回收和生产酸碱溶液等各个领域。

技术领域

本发明涉及电化学和膜分离领域，尤其涉及一种用于金属去除及纳米颗粒产物回收的多功能装置。

背景技术

重金属污染是水污染现象中突出的问题之一，这些废水中的重金属主要来自于电镀、冶金、电池制造，化工生产等行业。金属离子的种类包含钙、镁、银、钯、铬、铁、锰、钴、汞等。将含有重金属的废水排至环境中会影响生态循环、危害人类身体健康、甚至通过遗传的方式影响后代发育。目前针对含重金属的废水的处理方法有很多，主要是化学法、物理法和生物法。化学法作为最常用的技术，需要额外向水体中投加各种药剂，这种技术会造成水体的二次污染，并且随着国家对于药剂使用的严格规范，化学法在未来的水处理应用中会受到局限。物理法可以避免化学药剂投加的弊端，但物理分离过程只会产生危害性更大的浓水，不能从根本上实现重金属的去除和转化，且投资成本高。而生物法存在启动周期漫长，受水质条件影响大，产率低等问题。

电化学是一种绿色的主动型技术，可以通过提供清洁的电子和分解水使溶液中的金属发生氧化还原反应，进而从溶液中富集去除。目前大多数研究都是围绕着提高效率进行的，为了提高电化学技术的处理能力，化学改性和复杂的电极处理等方法也被广泛研究。但是依旧采用传统的材料和工艺，并且很少见到电化学技术与其他技术的结合。而且实际工程中不仅需要高效的金属去除性能，更需要降低处理成本，还需考虑重金属离子的妥善回收。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于金属去除及纳米颗粒产物回收的多功能装置。

本发明的技术方案：

一种用于金属去除及纳米颗粒产物回收的多功能装置，包括四者依次连通的电化学结晶区A13、颗粒膜分离区A14、电化学结晶区B15、颗粒膜分离区B16，以及电化学阳极反应区17；电化学阳极反应区17位于电化学结晶区A13、颗粒膜分离区A14、电化学结晶区B15、颗粒膜分离区B16的一侧；电化学结晶区A13一侧面开有进水口6，其另一侧和颗粒膜分离区A14的共有面上开有溢流口A12；颗粒膜分离区A14和电化学结晶区B15共有面上安装膜组件单元A8；电化学结晶区B15和颗粒膜分离区B16共有面上开有溢流口B25；颗粒膜分离区B16的另一侧面上开有出水口C20；电化学阳极反应区17与颗粒膜分离区A14和颗粒膜分离区B16的接触面分隔开；电化学阳极反应区17的两端分别设置出水口A7和出水口B19；电化学阳极反应区17通过连接膜组件单元B26与电化学阳极反应区17连通；

液体通过溢流口A12由电化学结晶区A13流向颗粒膜分离区A14，之后再经过膜组件单元A8流向电化学结晶区B15；液体通过溢流口B25由电化学结晶区B15流向颗粒膜分离区B16，之后再由出水口C20流出装置或经膜组件单元B26流向电化学阳极反应区17；

电化学结晶区A13包括反应区A和颗粒回收区A；反应区A用于分隔电化学结晶区A13和电化学阳极反应区17，其包括丝网阴极A9、绝缘隔网10和丝网阳极11，三者紧密贴合；颗粒回收区A位于电化学结晶区A13底部，与电化学结晶区A13相通，其呈无顶面的倒梯形，包括颗粒回收槽A1和防回流板2，梯形的两腰为防回流板2；

膜分离区颗粒回收槽A3位于颗粒膜分离区A14底部，与颗粒膜分离区A14相通；