一种膜吸收耦合铁碳微电解装置和还原一氧化氮合成铵盐的方法

本发明属于工业危废处理和环境保护，具体涉及一种膜吸收耦合铁碳微电解装置和还原一氧化氮合成铵盐的方法。

背景技术：

1、氮氧化物污染控制是我国大气污染防治的重点，一氧化氮作为氮氧化物的重要组成部分，主要来源于化石燃料的燃烧或氮气在高温过程中的氧化(如锅炉烟气、汽车尾气)。大部分燃烧过程排出的氮氧化物中，一氧化氮约占90％-95％。一氧化氮的过量排放会对人类健康和生态环境造成破坏，因此，我国在电力、金属冶炼、水泥等行业出台的烟气排放标准中，对氮氧化物(尤其是一氧化氮)的排放限值要求不断提高。以钢铁企业为例，烧结机机头、球团焙烧烟气氮氧化物排放浓度小时均值不高于50mg/m3，其他主要污染源氮氧化物排放浓度小时均值原则上不高于200mg/m3。

2、我国在烟气处理过程中主要采用选择性催化还原(selective catalyticreduction，scr)法作为脱硝的主要工艺，虽然该工艺可达到很好的脱硝效果，但是其在运行过程中存在气体加温导致运行费用高、催化剂失活、氨气易泄露造成二次污染等一系列问题且脱硝产物为氮气和水蒸汽，无经济价值。同时在“双碳”背景下，亟需开发一种新型技术来实现一氧化氮的低碳化去除和资源化利用。现有的一氧化氮资源化利用主要通过电还原法将一氧化氮还原为氨，然而该方法能耗大，氨选择性较差且经济价值较低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中电还原法将一氧化氮还原为氨能耗大，氨选择性较差且经济价值较低的问题，本发明提供了一种膜吸收耦合微电解的装置。

2、该膜吸收耦合微电解的装置包括壳体和n组反应单元，1组所述反应单元包括1组微电解组件和1个微孔膜，1个所述微孔膜为周向闭合的选择性透过膜，n个所述微孔膜将所述壳体内部分为相互独立的n+1个空间，包括n个膜内空间和1个膜外空间，1个所述微电解组件设置于1个所述膜内空间，所述壳体包括2(n+1)个通孔，其中，每2个所述通孔从不同的方向联通1个所述空间和所述壳体以外的空间，n为任意正整数。

3、进一步地，n为1，所述壳体包括4个通孔，分别为第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，所述第一通孔和第三通孔设置在所述壳体的上端，所述第二通孔和所述第四通通孔设置在所述壳体的下端；

4、所述空间数为2个，包括1个膜内空间和1个膜外空间，所述第一通孔和所述第二通孔联通所述膜内空间与所述壳体以外的空间，所述第三通孔和所述第四通孔联通所述膜外空间与所述壳体以外的空间。

5、进一步地，所述微电解组件包括阴极和阳极，所述阳极材质为铁，所述阴极材质为碳纤维，所述阴极沿所述阳极的长度方向螺旋缠绕在所述阳极表面。

6、进一步地，所述阳极为圆柱体，所述壳体、所述微孔膜为与所述阳极中心轴平行设置的圆柱筒。

7、进一步地，所述微孔膜材质为ptfe，膜孔径为0.4μm，内径为2.5mm，壁厚为0.5mm。

8、本发明还提供了一种膜吸收耦合微电解的系统。

9、该膜吸收耦合微电解的系统包括：

10、如上任一项所述的膜吸收耦合微电解的装置；

11、m组流体装置，1组所述流体装置包括1个储存罐、1个流体管路出路和1个流体管路进路，1组所述流体装置中，所述储存罐通过所述流体管路出路、所述流体管路进路和2个所述通孔联通1个所述空间，m为大于等于2小于等于n+1的任意正整数。

12、进一步地，n＝1，m＝2，包括第一流体装置和第二流体装置；

13、所述第一流体装置包括第一储存罐、第一流体管路出路和第一流体管路进路，所述第一流体管路出路的两端分别联通所述第一储存罐一侧的底部和所述第二通孔，所述第一管路进路的两端分别联通所述第一通孔和所述第一储存罐另一侧的底部；

14、所述第二流体装置包括第二储存罐、第二流体管路出路和第二流体管路进路，所述第二流体管路出路的两端分别联通所述第二储存罐的上部和所述第三通孔，所述第二管路进路的两端分别联通所述第四通孔和所述第二储存罐的底部。

15、本发明还提供了一种还原一氧化氮合成铵盐的方法。

16、该还原一氧化氮合成铵盐的方法包括以下步骤：

17、s1：包含硫酸的第一流体和包含一氧化氮的第二流体分别注入如权利要求6所述的m-1个所述流体装置和1个所述流体装置，分别在n个所述膜内空间和1个所述膜外空间逆向平行流动；

18、s2：在所述阳极表面发生微电解反应产生硫酸亚铁；

19、s3：所述一氧化氮通过所述微孔膜扩散至所述膜内空间，被所述硫酸亚铁吸收，在所述阴极还原为氨，生成硫酸亚铁铵。

20、进一步地，n＝1，m＝2，步骤s1包括：所述第一流体和所述第二流体分别注入第一流体装置和第二所述流体装置，分别在所述膜内空间和所述膜外空间逆向平行流动。

21、进一步地，所述第二流体为烟气，所述第一流体为废酸，所述烟气与所述废酸的流量之比为1:(1～2.5)，优选为1:2.5。

22、有益效果：

23、(1)利用本发明要求的气液传质方式和吸收剂的改良方法，可高效吸收和富集烟气中的一氧化氮，进而实现一氧化氮的高效去除。

24、(2)按照本发明要求的铁碳微电解方法，能耗低，投资成本及运行费用少，可实现烟气中一氧化氮去除的低碳化，反应条件温和，有利于推广应用于低温烟气脱硝。

25、(3)利用本发明要求的废铁和废酸，以废治废。同时通过零价铁和碳之间的原电池反应，有效合成了硫酸亚铁铵，可制备净水剂、媒染剂等，并实现了烟气中一氧化氮、废铁和废酸的协同资源化治理。

技术特征：

1.一种膜吸收耦合微电解的装置，其特征在于，包括壳体和n组反应单元，1组所述反应单元包括1组微电解组件和1个微孔膜，1个所述微孔膜为周向闭合的选择性透过膜，n个所述微孔膜将所述壳体内部分为相互独立的n+1个空间，包括n个膜内空间和1个膜外空间，1个所述微电解组件设置于1个所述膜内空间，所述壳体包括2(n+1)个通孔，其中，每2个所述通孔从不同的方向联通1个所述空间和所述壳体以外的空间，n为任意正整数。

2.如权利要求1所述的膜吸收耦合微电解的装置，其特征在于，n＝1，

3.如权利要求1所述的膜吸收耦合微电解的装置，其特征在于，所述微电解组件包括阴极和阳极，所述阳极材质为铁，所述阴极材质为碳纤维，所述阴极沿所述阳极的长度方向螺旋缠绕在所述阳极表面。

4.如权利要求3所述的膜吸收耦合微电解的装置，其特征在于，所述阳极为圆柱体，所述壳体、所述微孔膜为与所述阳极中心轴平行设置的圆柱筒。

5.如权利要求1所述的膜吸收耦合微电解的装置，其特征在于，所述微孔膜材质为ptfe，膜孔径为0.4μm，内径为2.5mm，壁厚为0.5mm。

6.一种膜吸收耦合微电解的系统，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的膜吸收耦合微电解的系统，其特征在于，n＝1，m＝2，包括第一流体装置和第二流体装置；

8.一种还原一氧化氮合成铵盐的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的还原一氧化氮合成铵盐的方法，其特征在于，n＝1，m＝2，步骤s1包括：所述第一流体和所述第二流体分别注入所述第一流体装置和第二所述流体装置，分别在所述膜内空间和所述膜外空间逆向平行流动。

10.如权利要求8所述的还原一氧化氮合成铵盐的方法，其特征在于，所述第一流体为废酸，所述第二流体为烟气，所述烟气与所述废酸的流量之比为1:(1～2.5)，优选为1:2.5。

技术总结本发明属于工业危废处理和环境保护技术领域，提供了一种膜吸收耦合铁碳微电解装置。该膜吸收耦合微电解的装置包括壳体和N组反应单元，1组反应单元包括1组微电解组件和1个微孔膜，1个微孔膜为周向闭合的选择性透过膜，N个微孔膜将壳体内部分为相互独立的N+1个空间，包括N个膜内空间和1个膜外空间，1个微电解组件设置于1个膜内空间，壳体包括2(N+1)个通孔，其中，每2个通孔从不同的方向联通1个空间和壳体以外的空间，N为任意正整数。本发明提供的装置包括微电解和微孔膜，通过气液传质方式和吸收剂，烟气中的一氧化氮可被高效吸收和富集，进一步参与微电解反应，实现一氧化氮的高效去除。技术研发人员：邢薇,金祥哲,王文轩,李新洋,姚宏受保护的技术使用者：北京交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23