一种家庭废水直接电解制氢系统

本发明属于电解制氢，具体涉及一种家庭废水直接电解制氢系统。

背景技术：

1、据统计，全球氢气约96％来自化石燃料(包括天然气、煤和石油)制氢，这会排放大量的温室气体co2，造成环保压力。相比传统的工业碳氢化合物蒸汽重整方法，电解水制氢是一种高效、清洁的制氢技术。目前，淡水纯化后添加电解质再进行电解制氢的技术路线已经发展得较为成熟，但这种方式会消耗大量淡水资源，且经济效益较低。同时海水直接制氢技术突破，推进了沿海地区“氢能社会”发展；但对于内陆地区，似乎只有淡水制氢这一条路。考虑到全国淡水储量人均较低、氢能需求日益增长，使用淡水制氢并不经济，因此家庭废水直接电解制氢不失为一记良策。以此方式，将氢能的生产及使用更加贴近人民日常生活，增加人民对于氢能这一新型能源的接受程度；同时，通过对于家庭废水制氢的研究，可以进一步向工业废水直接制氢发展，有望实现工业废水直接制氢的同时实现锂富集，使得对于废水的处理更加经济化、可持续化、集中化、工业化和合理化，做到变废为宝。

技术实现思路

1、基于上述技术现状，本发明的目的在于提供一种家庭废水直接电解制氢系统，模块化、结构化的将过滤——氧化降解——相变转移——电解的过程集成在箱体内，可以直接用于生活废水的电解制氢，电解性能稳定、效率高，既能够合理经济的处理废水，又可以持续高效的制取氢气，为非临海的内陆地区经济发展提供能源助力。

2、本发明采用的技术方案如下：一种家庭废水直接电解制氢系统，包括箱体，所述箱体包括依次连通的电解槽安置箱、过滤及氧化降解模块安置箱、废水进水箱；

3、所述过滤及氧化降解模块安置箱内部可拆卸的放置过滤及氧化降解模块，所述过滤及氧化降解模块包括沿水流方向从上游至下游依次设置的多道过滤网和多道金属-海藻酸钠盐水凝胶膜；

4、所述电解槽安置箱内部通过电解模块固定箱安装电解模块，所述电解模块包括多个子电解模块，所述子电解模块包括左右扣合在一起的sde储存框架左壳和sde储存框架右壳，两者上部各设置一个连通内部空间的通气管道；sde储存框架左壳和sde储存框架右壳之间夹持安装亲水疏气隔膜，亲水疏气隔膜的两侧分别设置左电解板和右电解板，左电解板上设置阳极催化剂，右电解板上设置阴极催化剂；所述子电解模块内部添加吸湿性sdes，且在所述电解模块固定箱内表面覆有疏水多孔聚四氟乙烯基防水透气膜，左右电解板和阴阳极催化剂部分浸入sdes中，且sdes添加量使其最高处距离sde储存框架左壳和sde储存框架右壳上部通气管道的气孔预留不小于20mm的高度差，例如20-30mm；

5、所述电解模块固定箱的上部敞口通过固定箱盖封闭，同时所述固定箱盖密封所述电解槽安置箱的上部敞口。

6、优选的，所述过滤及氧化降解模块安置箱的轮廓结构为长方体状，其上表面铰接安装有箱盖，所述箱盖上表面设计了提拉把手，箱盖可开合的密封贴合在所述过滤及氧化降解模块安置箱的上表面。

7、进一步的，所述电解槽安置箱内可设置有一块或多块隔板，通过隔板将电解槽安置箱内部分隔为多个空间以安放多个电解模块固定箱；所述电解槽安置箱的侧壁偏上部位置还设置有与所述过滤及氧化降解模块安置箱内部连通的储水槽进水口，储水槽进水口的下侧边与所述电解槽安置箱的底部之间的高度区域构成储水空间，进入电解槽安置箱的废水中经过滤后依然残留的小颗粒可以在缓流中实现重力沉降而容纳在储水空间底部。

8、进一步的，所述过滤及氧化降解模块还包括安装框架，所述安装框架是u型框架结构，其两个侧板的内表面开设有两道支撑板卡槽和两道滤网卡槽，分别用于卡装安放支撑板和过滤网；所述安放支撑板是格栅型支撑板，其两侧表面各设置下沉空间以各安放一层所述金属-海藻酸钠盐水凝胶膜；所述安装框架的两个侧板的外表面均设置防滑纹，以使其与所述过滤及氧化降解模块安置箱的内表面密封固定贴合。所述过滤网采用表面电镀有铂的铝合金板，过滤网的板体中空且内部设有米字型的支撑梁，板面打有不超过0.8mm直径的圆通孔，孔间距1.2mm；所述安放支撑板也采用铝合金材质。

9、所述电解模块固定箱的相对的两个侧壁的上端面各设置有两个固定杆卡槽，同一侧的两个固定杆卡槽之间设置两个导气管预留槽，所述两个导气管预留槽分别用于安放氧气管和氢气管；所述电解模块固定箱内部放置固定支架，所述固定支架包括两个端板和支撑在两个端板之间的安装定位板，所述安装定位板上均布螺纹安装孔，通过螺纹安装孔将多个子电解模块并排的固定安装在所述固定支架上；所述固定支架的两个端板的外侧面设置有固定杆，固定杆卡入所述固定杆卡槽内，以将组装多个子电解模块的固定支架置放在电解模块固定箱内部。

10、所述废水进水箱的内部流道中安装有开度可调型的液体节流阀和/或安装有液体加压泵，控制废水排入的流速和水压，以控制通过金属-海藻酸钠盐水凝胶膜的液体流速来保证充足的废水中有机物氧化降解时间以及ptfe基防水透气膜外侧水压力，通过控制压力大小调节水相变转移速率，保证sde侧koh离子浓度稳定在30wt％，以保持高电解效率。

11、优选的，所述电解模块固定箱的四个周侧壁和底壁均采用多孔板构成，如多孔镍板，其孔隙作为液体通路。

12、优选的，吸湿性sdes由pva/koh水凝胶构成；所述左电解板和右电解板均采用惰性金属铂材料，所述阳极催化剂采用mo-ni3s2/nf；所述亲水隔膜采用聚砜碱性阴离子交换膜。

13、本发明技术方案取得了如下优势效果：

14、1.直接电解制氢，采用了一过滤二氧化三相变的方式，使得最终进入电解液中的液体几乎等同于纯水，让集流体、催化剂等功能部件在一个理想环境下工作，使得电解可以持续稳定的进行。

15、2.液-气-液的相变液体转移方式，基本阻断了杂质离子进入电解液，以及氧化工艺增加在这一套系统中，免去了废水纯化这个繁琐且耗时耗力不经济的工艺流程。

16、3.负极产出基本都为氧气，无氯气等污染气体产出，使得电极腐蚀速率大大减缓，系统持续稳定运行得以实现，让高效经济持续的产氢工艺成为现实。

17、4.各功能部独立化，可以随时进行替换；且整体工艺一体化，系统化，简易化，提高了整体的经济价值。

18、5.该系统的设计可以与风、光电耦合，使得其生产过程完全符合我国对于绿氢的生产标准，且是对废水处理的更合理更经济的方法，符合节能减排和可持续发展理念。

19、6.可与将风能及太阳能转化为氢能大量稳定储存，无需使用蓄电池，减轻电池回收压力。

技术特征：

1.一种家庭废水直接电解制氢系统，包括箱体，所述箱体包括依次连通的电解槽安置箱(5)、过滤及氧化降解模块安置箱(6)、废水进水箱(7)；

2.根据权利要求1所述的家庭废水直接电解制氢系统，其特征还在于，所述过滤及氧化降解模块安置箱的轮廓结构为长方体状，其上表面铰接安装有箱盖，所述箱盖上表面设计了提拉把手，箱盖可开合的密封贴合在所述过滤及氧化降解模块安置箱的上表面。

3.根据权利要求1所述的家庭废水直接电解制氢系统，其特征还在于，所述电解槽安置箱内设置有隔板，通过隔板将电解槽安置箱内部分隔为多个空间以安放多个电解模块固定箱；所述电解槽安置箱的侧壁偏上部位置还设置有与所述过滤及氧化降解模块安置箱内部连通的储水槽进水口，储水槽进水口的下侧边与所述电解槽安置箱的底部之间的高度区域构成储水空间。

4.根据权利要求2所述的家庭废水直接电解制氢系统，其特征还在于，所述过滤及氧化降解模块还包括安装框架，所述安装框架是u型框架结构，其两个侧板的内表面开设有两道支撑板卡槽和两道滤网卡槽，分别用于卡装安放支撑板和过滤网；所述安放支撑板是格栅型支撑板，其两侧表面各设置下沉空间以各安放一层所述金属-海藻酸钠盐水凝胶膜；

5.根据权利要求3所述的家庭废水直接电解制氢系统，其特征还在于，所述电解模块固定箱的相对的两个侧壁的上端面各设置有两个固定杆卡槽，同一侧的两个固定杆卡槽之间设置两个导气管预留槽，所述两个导气管预留槽分别用于安放氧气管和氢气管；

6.根据权利要求1所述的家庭废水直接电解制氢系统，其特征还在于，所述废水进水箱的内部流道中安装有开度可调型的液体节流阀和/或安装有液体加压泵。

7.根据权利要求1或5所述的家庭废水直接电解制氢系统，其特征还在于，所述电解模块固定箱的四个周侧壁和底壁均采用多孔板构成，其孔隙作为液体通路。

8.根据权利要求1所述的家庭废水直接电解制氢系统，其特征还在于，吸湿性sdes由pva/koh水凝胶构成。

9.根据权利要求1所述的家庭废水直接电解制氢系统，其特征还在于，所述左电解板和右电解板均采用惰性金属铂材料，所述阳极催化剂采用mo-ni3s2/nf。

10.根据权利要求4所述的家庭废水直接电解制氢系统，其特征还在于，所述过滤网采用表面电镀有铂的铝合金板，过滤网的板体中空且内部设有米字型的支撑梁，板面打有不超过0.8mm直径的圆通孔，孔间距1.2mm；所述安放支撑板也采用铝合金材质。

技术总结本发明提供了一种家庭废水直接电解制氢系统，包括进水区域、过滤及氧化降解区域、电解区域，电解区域用于安放电解模块，过滤及氧化降解区域用于安放过滤及氧化降解模块，各区域集成式安装在箱体内；其模块化、结构化的将过滤——氧化降解——相变转移——电解的过程集成在箱体内，可以直接用于生活废水的电解制氢，电解性能稳定、效率高，既能够合理经济的处理废水，又可以持续高效的制取氢气，为非临海的内陆地区经济发展提供能源助力。技术研发人员：程友良,许阳,宋雯星受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）技术研发日：技术公布日：2024/7/23