一种基于催化驱动的自电-电絮凝除氯的方法

本发明属于污水处理领域，具体涉及到一种基于催化驱动的自电-电絮凝除氯的方法。

背景技术：

1、近年来，石化、制药、煤化工、火力发电等行业蓬勃发展，但也随之产生了系列环境问题，尤其以生产过程产生的大量高氯离子废水表现更为突出。这类废水直接排放不仅会破坏周边生态环境，同时还会影响周围居民的生活环境和身体健康。因此，寻求适当的方法处理此类废水对保障人民身体健康和推动重点行业绿色可持续发展具有重要意义。

2、目前，废水中氯离子去除方法主要包括吸附法、氧化法、膜分离法、化学混凝法和电絮凝法等，然而针对相关重点行业实际废水中氯离子浓度高、干扰物质多(有机物、阳离子和阴离子等)的特点，现有处理方法均难以满足绿色、经济、可持续等方面的综合要求。

3、相较而言，电絮凝法集化学混凝法和电化学法优势于一体，具有操作简便、无需化学试剂、絮体稳定易分离、安全性高、无二次污染等优点，对去除废水中高浓度氯离子更具潜力。其作用机理如下：以金属铝作为双电极，通电后阳极发生氧化反应产生高活性al3+，阴极发生析氢反应(her)产生h2和oh-，随后，高活性al3+和oh-通过水解、聚合作用生成具有高比表面积和丰富的表面羟基自由基的絮体，絮体再通过吸附、架桥、卷扫网捕等作用实现对氯离子的捕获去除。然而，电絮凝法也存在以下问题严重制约其工业应用:

4、(1)电絮凝过程需要消耗大量的电能，使得传统电絮凝工艺运行成本高；

5、(2)由于阴极铝电极的析氢活性很差，使得传统电絮凝工艺处理效率较慢；

6、(3)传统具有高her活性的电催化剂价格昂贵，使其工业应用受限；

7、(4)由于高氯离子废水中含有大量氯离子，使得传统电絮凝催化剂会存在氯中毒现象。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种基于催化驱动的自电-电絮凝除氯的方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于催化驱动的自电-电絮凝除氯的方法，包括，

5、准备电解装置：由电解槽以及分居左右两侧的阳极al电极和阴极催化剂电极组成，其中，电解槽上下两端分别设有进液口和出液口，电解槽上端设有排气孔，阳极al电极和阴极电极通过导线相连，并通过开关控制连通和断开；

6、处理废水中氯：将废水注入电解槽，接通阳极金属al电极和阴极催化剂电极构建铝空气电池系统，其中，阳极al发生氧化反应生成al3+,阴极发生氧还原反应orr生成oh-,同时实现化学能转化为电能，完成产电-储离子过程；

7、反应后断开开关，将阳极金属al电极和阴极催化剂连接构建电絮凝系统，在铝空气电池系统储存的电力驱动下，阳极al发生氧化反应生成al3+,阴极发生氢析出反应her生成h2和oh-,al3+和oh-结合形成al(oh)3絮体；

8、al(oh)3絮体通过吸附、架桥、卷扫网捕作用实现对氯离子去除。

9、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述阴极电极由气体扩散层基体和催化剂组成，其中，所述阴极催化剂为her/orr双功能催化剂。

10、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述her/orr双功能催化剂的制备方法如下：

11、合成ni纳米花：将nicl2·6h2o,乌洛托品以及聚吡咯烷酮充分溶解在水和乙醇混合溶液中，然后将上述溶液转移至反应釜中加热反应，反应结束后，产物用无水乙醇和水交替洗涤3次后，干燥即可得到合成ni纳米花；

12、合成nisse/nc her/orr双功能催化剂：将合成的ni纳米花在ar气氛下焙烧得到ni/nc，随后将硫粉和硒粉混合均匀装入瓷舟放入管式炉前端，然后将ni/nc装入瓷舟放入管式炉前端，然后在ar气氛下以1℃/min升温速率升至500℃反应5h，即可得到合成nisse/nc her/orr双功能催化剂。

13、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述nicl2·6h2o、乌洛托品以及聚吡咯烷酮的比例为0.2～0.4mol：0.6～1mol：4～10g。

14、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述加热反应，其中，反应温度为100～140℃，反应时间为24～48h。

15、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述焙烧得到ni/nc，其中，焙烧温度为800～900℃，焙烧时间为1～4h。

16、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述硫粉、硒粉和ni/nc的比例为100～200mg：300～400mg：50～150mg。

17、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述废水包括火力发电厂脱硫高浓度氯离子废水。

18、本发明有益效果：

19、(1)本发明针对工业废水中高浓度氯离子的去除难的行业难题，提出了一种催化驱动的自电-电絮凝除氯工艺，利用铝-空气电池自发产电和储离子的特性为后续电絮凝除氯过程提供电能储备和离子保障，有效缓解电极钝化问题的同时还实现“自电”供给，同时利用双功能her/orr催化剂催化活性分别催化驱动铝空气电池系统和电絮凝系统中速控步骤，并降低反应的所需的过电势，进而实现快速自电-电絮凝除氯过程。

20、(2)本发明的nisse/nc双功能her/orr催化剂同时进行了硫化和硒化可以诱导nisse/nc催化活性位点电子离域，从而有利于吸附her反应中关键中间体h*,以及orr反应中关键中间体*ooh，同时nc既能提高催化剂的导电性还能提高催化剂抗氯离子中毒性能，因而nisse/nc呈现出良好的稳定性以及优异的her活性(110mv,10ma/cm2)和orr活性(半波电位0.9v)，且基于nisse/nc构建的铝空气电池的开路电压(1.8v)，可实现电絮凝过程自电供应。

21、(3)本发明提出的基于催化驱动的自电-电絮凝除氯工艺可应用于火力电厂脱硫废水中高浓度氯离子去除，具有操作简单、无运行能耗、处理效果好等优点，具有良好的市场竞争力。

技术特征：

1.一种基于催化驱动的自电-电絮凝除氯的方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述阴极电极由气体扩散层基体和催化剂组成，其中，所述阴极催化剂为her/orr双功能催化剂。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述her/orr双功能催化剂的制备方法如下：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述nicl2·6h2o、乌洛托品以及聚吡咯烷酮的比例为0.2～0.4mol：0.6～1mol：4～10g。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述加热反应，其中，反应温度为100～140℃，反应时间为24～48h。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述焙烧得到ni/nc，其中，焙烧温度为800～900℃，焙烧时间为1～4h。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述硫粉、硒粉和ni/nc的比例为100～200mg：300～400mg：50～150mg。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述废水包括火力发电厂脱硫高浓度氯离子废水。

技术总结本发明公开了一种基于催化驱动的自电‑电絮凝除氯的方法，本发明针对工业废水中高浓度氯离子的去除难的行业难题，提出了一种催化驱动的自电‑电絮凝除氯工艺，利用铝‑空气电池自发产电和储离子的特性为后续电絮凝除氯过程提供电能储备和离子保障，有效缓解电极钝化问题的同时还实现“自电”供给，同时利用双功能HER/ORR催化剂催化活性分别催化驱动铝空气电池系统和电絮凝系统中速控步骤，并降低反应的所需的过电势，进而实现快速自电‑电絮凝除氯过程。技术研发人员：郝晓琼,顾培洋,刘英杰,周仕元受保护的技术使用者：常州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15