一种电化学分离装置

本发明属于电化学，具体是一种电化学分离装置。

背景技术：

1、电化学分离装置(electrochemical separation system)利用电化学原理，通过电解液中的离子迁移和在电极上还原、氧化，实现物质的分离纯化。该装置可以用于水处理、金属提取等领域。

2、目前：镍作为一种重要的战略金属，具有良好的机械强度、延展性和化学稳定性。世界上可开采的镍资源有两类，一类是硫化矿床，另一类是红土镍矿。由于硫化矿提取工艺成熟，60％的镍产量来源于硫化矿。而世界近期可供开发的硫化矿资源已经不多，加之硫化矿资源勘探周期和建设周期均较长，开发和利用相对比较困难，而红土镍矿资源丰富，采矿成本低，选冶工艺趋于成熟，可生产氧化镍、硫镍、镍铁等多种中间产品，矿源靠海，便于运输，因此开发利用红土镍矿具有重要的现实意义。现有技术存在的问题及缺陷为：对镍矿的固液分离较不全面，使其冶金效率得到降低。

3、为了解决上述问题，例如中国专利，公告号为：cn214830574u，公开了一种红土镍矿电化学固液分离装置，电化学反应池左端通过输入管道与浸出液沉淀池连通，浸出液沉淀池右侧上端开设有与输入管道连通的溢流口；电化学反应池里侧通过固定支架固定有电化学反应器，电化学反应器通过连接线路与外部供电电源连接；电化学反应池底部通过螺栓固定有加热器和曝气器。本实用新型通过设置与浸出液沉淀池连通的电化学反应池，可以对浸出液进行进一步的电化学固液分离，可以有效提高固液分离的全面性，保证分离效果，而且在电化学反应池底部设置有加热器和曝气器，可以对电化学反应提供温度和曝气条件，提高固液分离效率，从而提高冶金效率整体效率。

4、但是在实际使用时，电化学分离装置难以实现对多种成分的高效分离，在一些情况下，由于小分子物质通常具有较低的择优导电性，如：ni离子，在电极表面上的电流密度相对较小或甚至为零，因此不易进行电化学反应；许多小分子物质在电化学反应时需要高电位才能启动反应，这使得实现高效分离变得困难；对于小分子物质，电化学反应活性较弱，吸附到表面上的速度比较慢，使得分离效率下降。所以本发明提出一种电化学分离装置，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提出了一种电化学分离装置，通过本装置的运行，可以高效地降解含有机杂质的电镀废水中的镍和多种小分子微生物，在污染物不同组成、浓度以及水质变化等多种情况下，可以通过调节操作参数来实现稳定、高效地处理水体，从而提高装置的稳定性，减轻了对环境的影响，达到了环保的目的。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种电化学分离装置，包括第一电解槽和第二电解槽，第一电解槽包括ruo2/ti网状电极和不锈钢板，ruo2/ti网状电极作为第一电解槽的阳极，不锈钢板作为第一电解槽的阴极，ruo2/ti网阳极和不锈钢板阴极分别与直流电源正极和负极连接，第一电解槽上可拆卸连接有第一集气罩，第一集气罩内部固定连接有隔板，将第一电解槽的阳极与阴极分开，第一集气罩位于阳极一侧侧壁顶部设有出气口，出气口连通有连接管。

3、第二电解槽包括镀钌铱钛网和钛网，镀钌铱钛网作为第二电解槽的阳极，钛网作为第二电解槽的阴极，镀钌铱钛网和钛网分别与直流电源系统的正极和负极连接，第二电解槽底部装填有离子交换树脂，第二电解槽上可拆卸连接有第二集气罩，第二集气罩顶壁开设有进气口，进气口与连接管远离出气口一端连通，连接管中固定连接有抽气泵，抽气泵的输入端与第一集气罩的出气口连通，抽气泵的输出端与第二集气罩的进气口连通。

4、采用上述方案后实现了以下有益效果：这是一种联合电化学和化学分离技术处理电镀废水的装置，主要包括第一和第二电解槽。在第一电解槽中，利用ruo2/ti网状电极和不锈钢板作为阳、阴极对，通过电解氧化反应将废水中有机物质或杂质分解为水和co2等无害物质，并通过连接管排出气体。而第二电解槽则使用镀钌铱钛网和钛网作为阳、阴极对，进一步处理残留的污染物，提高处理效果。通过本装置的运行，可以高效地降解含有机杂质的电镀废水，减少环境污染，符合环保要求，具有良好的治理效果。

5、综上，通过本装置的运行，可以高效地降解含有机杂质的电镀废水中的镍和多种小分子微生物，在污染物不同组成、浓度以及水质变化等多种情况下，可以通过调节操作参数来实现稳定、高效地处理水体，从而提高装置的稳定性，减轻了对环境的影响，达到了环保目的。

6、进一步，第一电解槽接通的电流密度为当电流密度为83.3ma/cm2，第二电解槽接通的在电流密度0.40ma/cm2。

7、有益效果：第一电解槽接通的电流密度为83.3ma/cm2，第二电解槽接通的电流密度为0.40ma/cm2。这种设置通常是为了实现一个完整的电镀过程。

8、第一电解槽经常被称为降垂线，它的作用是在对象上沉积一个薄的金属层。过于高的电流密度会导致所沉积的金属不均匀或形状变形，因此根据金属的类型和几何特性需要确定适当的电流密度。在这里，83.3ma/cm2是一种相对较高的电流密度，可能是根据具体金属种类、大小和形态等多种因素进行优化调整的结果。第二电解槽通常被称为铬酸电解槽，其功能是对排放出来的废水进行处理，将其中的有机物和金属离子降解分离。在此应用中，第二电解槽的电流密度相比第一电解槽明显较低，通常在0.40ma/cm2左右，以达到较好的污水治理效果并尽可能节约电能。

9、较低的电流密度可以有效地提高电极反应的选择性和稳定性，减少其他副反应的发生，从而高效地降解废水中的有害物质并达到环保效果。因此，在这种设置下，可以最大程度地实现电镀过程和废水处理的平衡，并同时获得较好的经济和环保效益。

10、进一步，ruo2/ti网状电极采用浸渍法将ruo2薄膜沉积在钛网上制备而成，电极尺寸为10cm×5cm×0.2cm,浸没面积为30cm2，极板间距为2.0cm。

11、有益效果：电极尺寸为10cm×5cm×0.2cm，并且铂族金属ruo2/ti作为阳极可大幅增加电极表面可用催化活性位点，提高了废水处理效率。通过实验参数调整和恒流模式下反应180分钟的操作，最终达到将废水中的有机物经过ruo2/ti网状电极的催化氧化和电沉积反应降解成co2、h2o等无害物质的目的。

12、ruo2/ti网状阳极具有高催化功率和表面活性，有助于提高废水有效处理比例；通过浸渍法将ruo2薄膜沉积在钛网上可以增加表面可用催化活性位点，提高了反应效率；不锈钢板阴极易于制备，具有良好的耐腐蚀性能，适合电化学反应体系使用；通过磁力搅拌器实现溶液均匀混合，促进氧化一步达到更好地处理效果。

13、进一步，镀钌铱钛网和钛网间隔15cm交替放置在第二电解槽中。

14、有益效果：将镀钌铱钛网和钛网间隔15cm交替放置在第二电解槽中，其主要原理是利用异种材料形成的电势差促进阳极表面上的氧气析出反应，并加速离子的输运过程，进而提高电化学反应效率。具体来说，镀钌铱钛网和钛网的交替排布可以促进阳极表面附近形成明显的电势差，从而增大电场强度，加速溶液中的离子输运，同时通过钛网和镀钌铱钛网相互间的作用，能够形成复杂的多孔结构，提升阳极表面积，使得更多的基底表面与电解质接触，从而增加电极反应活性位点数量。因此，这种装置可以显著改善某些电化学反应的效率和稳定性。

15、通过将不同材料的电极交替排列设于电解槽中，可以有效利用不同材料所具有的特殊性质，达到最佳反应条件，从而得到更优质的金属沉积膜。例如在电化学肝素钠测定中，采用镀钌铱钛网和钛网交替排列，可以提高阳极表面的反应活性，加强膜的致密性和平滑度，从而得到更准确和稳定的测定结果。同时，在金属电沉积，氧化等领域也有广泛的应用。

16、进一步，离子交换树脂为直径为1-2mm的d113大孔弱酸阳离子交换树脂。

17、有益效果：离子交换树脂是一种高分子化合物，其内部具有大量的离子交换基团，可以通过吸附和释放离子来实现对水中杂质离子的去除。d113交换树脂是一种直径为1-2mm的大孔弱酸阳离子交换树脂，在废水处理中应用广泛。该交换树脂中含有许多酸性基团，如羧酸、磺酸等，具有良好的对离子的选择性吸附体系，特别是对于金属离子有较好的亲和力。在水处理中，当污水通过交换树脂时，其中的离子与树脂上的功能基团之间发生离子交换，将污染物吸附到树脂颗粒表面，从而实现了对污染物的去除。

18、使用d113大孔弱酸阳离子交换树脂进行废水处理时，d113交换树脂对一些重金属离子和阴离子具有较好的亲和力，能更针对性地清除水中的某些污染物；d113交换树脂孔径较大、分布均匀，具有良好的传质性能和吸附容量，使得其在废水处理过程中去除污染物的效果更为显著；d113交换树脂不仅使用方便，还易于再生。通过离子交换反应后，可以进行溶液的洗脱或是用酸碱溶液直接对交换树脂进行再生，从而达到循环利用的目的，降低了成本和环境压力。

19、进一步，电化学分离装置的使用方法包括如下步骤：

20、步骤一：按照比例将电镀废水和萃取剂，加入第一电解槽中，用机械搅拌器进行搅拌，一定时间后，对第一电解槽中溶液进行静止分层，待水相澄清后漏出萃余液，分析溶液中镍离子浓度，然后用1.0mol/lh2so4反萃取有机相，得到硫酸镍溶液。

21、步骤二：取步骤一中的反萃取富集液于烧杯中，调节水样ph值，设定电流、电压和磁力搅拌器转速，保证反应在恒定电流密度下进行，立即启动电源，每隔30min取样，分析镍离子浓度。

22、步骤三：将步骤二中反应生成的o2收集并输入至第二电解槽，利用电流密度对第二电解槽中的电镀废水中的污染物进行降解。

23、有益效果：这是一种联合电化学和化学分离技术处理电镀废水的方法，主要分为三个步骤。首先，在第一电解槽中利用电流产生活性物质，对含有机杂质的废水进行降解，同时通过化学反应将废水中的阳离子生成可溶于有机相的络合物，然后借助萃取剂从废水中回收。在第二电解槽中，收集通过上一步释放的o2，并通过电解再次降解废水中残留的污染物，提高处理效率。

24、该方法的优点在于能够有效地去除电镀废水中的有机杂质和金属离子，不仅减少了环境污染，还有助于资源的回收。此外，该方法运行成本低、操作简单。

25、进一步，步骤二中水样ph值调节采用0.2m的h2so4或0.2m的naoh溶液。

26、有益效果：在实验分析中，为了保证样品的适宜性并使其符合检测要求，有时需要进行ph值的调节。ph值的调节可以采用酸碱溶液进行，一般常用的是0.2m的h2so4和0.2m的naoh溶液。naoh溶液是一种强碱，可与h+离子反应生成水，并使样品中的ph值升高；h2so4溶液是一种强酸，与oh-离子反应生成水，降低样品中的ph值。这样，就可以通过加入适量的naoh或h2so4溶液来调节水样的ph值，使其达到所需要的范围。

27、ph值对于许多化学试剂和反应具有重要影响，因此调节ph值可以提高灵敏度，某些荧光染料、指示剂等具有与ph变化相关联的发光或吸收特征，通过调节ph值可增加显色反应的灵敏度；样品研究所需的特定ph范围通常与悬浮粒子、物质表面电荷、阳离子或阴离子的抑制作用相关。因此调节ph值可以消除干扰造成的影响；某些化学和生物实验需要在特定ph值下进行，而水样中的ph值可能超出这个范围。如果不修正ph值，则实验结果可能会受到影响甚至无法顺利完成。

28、进一步，步骤三中利用电流密度对第二电解槽中的电镀废水进行降解的污染物包括：氨氮、糖精钠、聚乙二醇6000和金属离子。

29、有益效果：利用电流密度对第二电解槽中的电镀废水进行降解时，可以去除多种污染物。常见的污染物包括氨氮、糖精钠、聚乙二醇6000和金属离子等。

30、电流密度法是一种利用直接电化学技术将有机废水的污染物在电极表面降解为无害或低毒有机产物的技术。当电流密度足够大时，经过阳极氧化反应，废水中的可氧化物质被转化为co2、h2o等形式的无害物质；同时还会发生被称为“铁锈”的沉淀现象，进一步去除污染物。

31、氨氮：废水中的氨氮主要来自于电镀工艺中脱脂剂和清洗剂的残留、硝酸铜的分解等。电流密度法可将氨氮在阳极处氧化为氮气释放，达到去除氨氮的效果。

32、糖精钠：糖精钠是一种人造甜味剂，其在废水处理过程中被降解成无害物质，运用电流密度法能有效地去除废水中的糖精钠污染物。

33、聚乙二醇6000：聚乙二醇6000是一种具有良好的生物稳定性的多元醇类高分子，难以降解。但是，通过产生反应的自由基，电流密度法可以有效地促进聚乙二醇的降解，降低其在水中的浓度。

34、金属离子：金属离子如铜、镉、锌等常常存在于电镀废水中，他们具有比较强的毒性和生物累积作用。当废水经过电极体系时，经阳极晶格氧化还原(ao)和沉淀作用后，金属离子会转化为清洁排放。

35、综上所述，利用电流密度对电镀废水进行降解可以有效去除氨氮、糖精钠、聚乙二醇6000和金属离子等多种污染物，使得废水达到排放标准，具有显著的环保效益。