基于BiOBr电极回收溴的电解-气膜耦合系统及Br-的回收方法

本发明涉及海水或卤水的处理，尤其涉及一种基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统及br-的回收方法。

背景技术：

1、溴是一种有价值的物质，在制药、阻燃剂、农药等领域有广泛应用。海水和卤水是广泛存在的资源，其中的溴化物是可回收的溴主要来源。提溴处理可以有效开发和利用海水和卤水资源中的溴，满足溴在各个行业的需求，减少对有限溴矿资源的依赖。并且提溴可以减少海水和卤水中的溴排放，从而减轻对环境的负面影响，减少对海洋生态系统的影响，保护环境。目前现有的提溴处理手段有空气吹出法、水蒸气蒸馏法、离子交换吸附法、膜分离法、超重力气体技术。

2、这些方法虽然各具特点，但都具有一定的局限性。空气吹出法作为现阶段最常见的提溴手段，因为溴气在空气中容易被氧化或逸出，仍存在溴回收率低的问题。而水蒸气蒸馏法的能耗较高，需要大量的热能，增加了成本和环境负担。离子交换吸附法存在一定的选择性问题，可能会同时吸附其他离子，导致溴回收效率降低。膜分离法需要考虑膜材料的选择、膜污染和维护等问题，同时也受到膜的通量和寿命限制。而超重力气体技术设备复杂，成同样很高，且在大规模应用方面还存在一些挑战。

3、近年来，电氧化法在溴提取和回收领域备受瞩目，主要因其环境友好、操作便利以及提溴纯度高等优势而广泛应用。该方法通过高效地将溴离子直接转化为溴气或溴化物，具有较高的回收效率。通过调节操作参数，可以灵活实现溴产率和提溴纯度的可控性。与传统方法相比，电氧化法无需额外添加化学试剂，有助于减少废物的产生，从而更为环保。此外，其设备简单、成本低廉，特别适用于中小规模工艺应用。值得注意的是，电氧化法不仅在提溴方面表现卓越，而且对环境的友好性也为其增色不少。其多功能性使得该方法能够同时回收其他有价值物质，进一步提升了资源利用效率。因此，电氧化法不仅是一种高效和可持续的溴提取与回收方法，更为经济实用，为有效利用溴资源提供了可行性的途径。

4、尽管电解具有以上众多优势，但其无法对阴极区域的碱性水体加以利用，且由于其低溴含量的特点，导致了其他化学物质的竞争反应发生的可能性，降低溴的提取效率。其中对其影响最大的是海水中的氯离子，探寻溴的高选择性电极材料并使回收溴的电压有所提升显得十分重要。本发明公开了一种基于biobr的多功能催化膜电极，用于在海水或卤水环境下高效选择性氧化br-，并通过气态膜将产生的br2进行提取，利用阴极还原单元将提取出来的溴反应并还原成纯度较高的溴。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统及br-的回收方法。

2、具体的，基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统，包括：

3、用于将待处理海水和/或卤水中的br-电解氧化生成br2的阳极；

4、用于将阳极生成的br2进行提取并转移至碱水或去离子水中的气态膜；

5、用于将含有br2的碱水或去离子水中的br2还原为br-的阴极；

6、所述阳极和阴极之间设置有阳离子交换膜，所述阳离子交换膜隔离出阳极室和阴极室；

7、所述气态膜的两侧分别为阳极室和回收腔室；

8、所述阳极贴合在气态膜上。

9、在上述方案的基础上，所述回收腔室与阴极室之间设置有用于将回收腔室的顶部含有br2的碱水或去离子水输送到阴极室底部的输送通道。

10、在上述方案的基础上，所述阳极的表面设置有biobr活性材料，优选的，阳极的基底材料为钌铱钛网或多孔石墨毡。

11、在上述方案的基础上，所述气态膜为ptfe气态膜，优选的，所述气态膜的孔径在0.2μm-10μm之间。

12、在上述方案的基础上，所述阴极的材质为单质金属(如:cu、sn、ni、ti或pb)或复合合金类金属(如:cu-zn合金或cu-ni合金)。

13、在上述方案的基础上，所述阳极和阴极的间距为1cm-5cm；优选的，电源在阳极和阴极上施加的电压为1.05-1.35v。

14、在上述方案的基础上，所述biobr活性材料以水热法方式进行制备而成，并通过煅烧的方式将粘合剂与阳极粘合成为膜电极，煅烧温度450-750℃。

15、在上述方案的基础上，还包括用于向阳极室的底部输入待处理的海水和/或卤水并从阳极室的顶部将电解氧化后的水输出阳极室的第一循环系统。

16、在上述方案的基础上，还包括用于向回收腔室的底部输入碱水或去离子水并从阴极室的顶部将富集有br-的碱水或去离子水输出阴极室的第二循环系统。

17、本申请还提供一种从海水和/或卤水中回收溴的方法，使用上述的耦合系统，包括用于将待处理海水和/或卤水中的br-电解氧化生成br2的步骤；

18、用于将生成的br2进行提取并转移至碱水或去离子水中的步骤；

19、和

20、用于将含有br2的碱水或去离子水中的br2还原为br-的步骤。

21、在电解反应过程中，不断的在阳极腔室提供海水或卤水，通过不断地在电化学氧化单元的biobr多功能催化氧化膜电极附近产生br2，在通过气态膜提溴组件对产生的br2进行提取，在阴极进行收集、反应。阴阳极反应的化学(离子)方程式为：

22、2br--2e-→br2↑

23、2h++2e-→h2↑

24、

25、

26、br2+2oh-→br-+bro-+h2o

27、3bro-+6oh-→5br-+3h2o

28、本申请在电解氧化过程中可不断的通入海水和/或卤水，使得在biobr多功能催化氧化膜电极表面持续、高效地产br2并通过ptfe气态膜将br2排入到气态膜另一侧，无需化学试剂和空气吹出即可实现高效提溴。

29、本专利利用电化学阴极的碱性氛围及还原性能，无需调整ph即可实现在阴极腔室实现产碱首先实现br2的歧化反应，随后通过还原反应将bro-还原为br-，同步实现对溴气的收集、反应、回收，达到对br-的提纯目的。

30、本专利同时也具有低能耗、绿色环保的优势，利用低电压实现海水、卤水中的cl-和br-的分离，仅氧化br-，并对br2在气态膜另一侧实现高效捕获并在阴极还原单元实现br-的提纯和富集，不会产生二次污染，降低成本并且实现了资源的充分利用。

技术特征：

1.基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统，其特征在于，所述阳极(1)的表面设置有biobr活性材料，优选的，阳极(1)的基底材料为钌铱钛网或多孔石墨毡。

4.根据权利要求1所述的基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统，其特征在于，所述气态膜(3)为ptfe气态膜，优选的，所述气态膜(3)的孔径在0.2μm-10μm之间。

5.根据权利要求1所述的基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统，其特征在于，所述阴极(2)的材质为单质金属(如:cu、sn、ni、ti或pb)或复合合金类金属(如:cu-zn合金或cu-ni合金)。

6.根据权利要求1所述的基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统，其特征在于，所述阳极(1)和阴极(2)的间距为1cm-5cm；优选的，电源(11)在阳极(1)和阴极(2)上施加的电压为1.05-1.35v。

7.根据权利要求3所述的基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统，其特征在于，所述biobr活性材料以水热法方式进行制备而成，并通过煅烧的方式将粘合剂与阳极(1)粘合成为膜电极，煅烧温度450-750℃。

8.根据权利要求1所述的基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统，其特征在于，还包括用于向阳极室(5)的底部输入待处理的海水和/或卤水并从阳极室(5)的顶部将电解氧化后的水输出阳极室(5)的第一循环系统(9)。

9.根据权利要求1所述的基于biobr电极回收溴的电解-气膜耦合系统，其特征在于，还包括用于向回收腔室(7)的底部输入碱水或去离子水并从阴极室(6)的顶部将富集有br-的碱水或去离子水输出阴极室(6)的第二循环系统(10)。

10.一种从海水和/或卤水中回收溴的方法，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的耦合系统，包括用于将待处理海水和/或卤水中的br-电解氧化生成br2的步骤；

技术总结本发明涉及基于BiOBr电极回收溴的电解‑气膜耦合系统及Br‑的回收方法。所述电解‑气膜耦合系统，包括：阳极、气态膜、阴极；所述阳极和阴极之间设置有阳离子交换膜，所述阳离子交换膜隔离出阳极室和阴极室；所述气态膜的两侧分别为阳极室和回收腔室；所述阳极贴合在气态膜上。本申请在电解氧化过程中可不断的通入海水和/或卤水，使得在BiOBr多功能催化氧化膜电极表面持续、高效地产Br<subgt;2</subgt;并通过PTFE气态膜将Br<subgt;2</subgt;排入到气态膜另一侧，无需化学试剂和空气吹出即可实现高效提溴。技术研发人员：江波,董英昊,韦萌,李淑珍,张君,任相儒,齐元峰,李一凡受保护的技术使用者：青岛理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/12