一种砷饱和活性炭的电化学再生装置与阴极还原气态回收砷方法

本发明涉及固废处理，具体涉及一种砷饱和活性炭的电化学再生装置与阴极还原气态回收砷方法。

背景技术：

1、多数砷化合物有很强的毒性但有着广泛的应用，在砷化合物工业生产过程中会产生大量含砷废水。砷离子难以沉淀或挥发，因此利用活性炭等吸附是工业上常用的除砷手段。但是吸附法除砷并不是一种无害化处理，由于存在砷化物脱附造成二次污染的风险，砷饱和活性炭难以通过掩埋、破碎、焚烧等手段处理。砷饱和活性炭是一种危废，交由资质公司处理成本很高。而化学脱附回收工艺产生的砷溶液含有大量杂质，需要进行复杂的提纯工艺，成本过高难以应用。

2、为了解决以上问题，相关从业者也提出了多种解决方案，中国发明专利cn202110199075.7一种砷固废处理制备含砷硼硅玻璃的方法。该发明利用强碱溶解-氧化-蒸干工艺提纯固废中的砷，得到的混合价砷酸盐与二氧化硅、硼酸等化合物混合熔融-冷却固化制备含砷硼硅玻璃。此工艺实现了含砷固废的资源循环利用，但制备的含砷硼硅玻璃依旧有砷化物析出的风险。

3、中国发明专利cn201310456898.9公开了一种介孔fe3o4微球及其制备与应用方法。该发明利用高磁性fe3o4微球吸附废水中的as(ⅲ)与as(ⅴ)，可快速去除含砷化合物。然而，在吸附完成后，高磁性fe3o4微球附着有大量as(ⅲ)与as(ⅴ)，此发明并未对砷饱和固废未作任何处理，造成浪费。

4、鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决砷饱和活性炭难以处理，回收产生的砷溶液含有大量杂质，需要进一步提纯，成本过高的问题，提供了一种砷饱和活性炭的电化学再生装置与阴极还原气态回收砷方法。

2、为了实现上述目的，本发明公开了一种砷饱和活性炭的电化学再生装置，包括直流电源、圆盘式薄层电解池、气液分离器、气体吸收池，所述圆盘式薄层电解池包括上盖、外壳、内芯、下盖、阴阳离子交换膜、铂丝电极、石墨电极，所述内芯贯穿设有离子转移孔，所述阴阳离子交换膜和铂丝电极包裹缠绕于内芯外部，所述上盖设有用于旋拧石墨电极的上盖上孔和用于引出阴极液的上盖侧孔，所述外壳上设有用于导入阳极液的外壳下孔、用于旋拧石墨棒使其与铂丝电极连接的外壳中孔，用于引出阳极液的外壳上孔，所述下盖上设有用于导入阴极液的下盖孔。

3、所述上盖、下盖和外壳上下部设有啮合螺纹，在各自连接部均设有橡胶垫圈。

4、所述内芯和外壳的高度相同。

5、本发明还公开了一种采用上述电化学再生装置进行的阴极还原气态回收砷方法，包括以下步骤：

6、s1：将石墨片用砂纸打磨光滑预处理作为阴极，铂丝缠绕在阴阳离子交换膜表面作为阳极；

7、s2：清洗电解池内槽，检查电解池密闭性；

8、s3：将改性活性炭在模拟废水对砷吸附达吸附饱和后，置于圆盘式薄层电解池阴极室；

9、s4：；向阳极室泵入0.5mol/l的h2so4，向阴极室泵入洗脱液，通电开始反应；

10、s5：阳极液经循环泵回到阳极室，阴极产物引入气液分离器，气体由1mol/l naoh溶液吸收，液相由循环泵回样品池与阴极室；

11、s6：脱附完成后，将电机及活性炭置于再生液中；

12、s7：脱附再生的活性炭烘干后进行二次吸附。

13、所述步骤s3中改性活性炭粒径为20～8a0。

14、所述步骤s4中洗脱液为0.5mol/l的hcl、hno3或者hcooh。

15、所述步骤s4中通电的电流密度为0.2～0.4a/cm2。

16、所述步骤s5中循环泵流速为1.5～6ml/min。

17、所述步骤s6中再生液为1mol/l的hcl。

18、本发明中的电化学还原机理为：首先氢原子在阴极(me)表面发生还原反应一部分生成氢气，另一部分得电子吸附至阴极表面meh。之后重金属离子(xn+)发生还原反应沉积在电极表面mex，沉积在电极上的金属与氢原子发生氧化还原反应生成氢化物脱附，过程中产生的氢化物和氢气一起随着阴极液一起流出。

19、与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明中吸附在活性炭的砷通过电化学以及化学还原脱附后可在电极表面发生电化学还原生成高纯度ash3并回收。不仅在不产生二次污染的情况下有效的处理了含砷废水，且回收了砷以及活性炭等资源。

技术特征：

1.一种砷饱和活性炭的电化学再生装置，其特征在于，包括直流电源、圆盘式薄层电解池、气液分离器、气体吸收池，所述圆盘式薄层电解池包括上盖、外壳、内芯、下盖、阴阳离子交换膜、铂丝电极、石墨电极，所述内芯贯穿设有离子转移孔，所述阴阳离子交换膜和铂丝电极包裹缠绕于内芯外部，所述上盖设有用于旋拧石墨电极的上盖上孔和用于引出阴极液的上盖侧孔，所述外壳上设有用于导入阳极液的外壳下孔、用于旋拧石墨棒使其与铂丝电极连接的外壳中孔，用于引出阳极液的外壳上孔，所述下盖上设有用于导入阴极液的下盖孔。

2.如权利要求1所述的一种砷饱和活性炭的电化学再生装置，其特征在于，所述上盖、下盖和外壳上下部设有啮合螺纹，在各自连接部均设有橡胶垫圈。

3.如权利要求1所述的一种砷饱和活性炭的电化学再生装置，其特征在于，所述内芯和外壳的高度相同。

4.一种采用如权利要求1～3任一项所述的电化学再生装置的阴极还原气态回收砷方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的一种阴极还原气态回收砷方法，其特征在于，所述步骤s3中改性活性炭粒径为20～8a0。

6.如权利要求4所述的一种阴极还原气态回收砷方法，其特征在于，所述步骤s4中洗脱液为0.5mol/l的hcl、hno3或者hcooh。

7.如权利要求4所述的一种阴极还原气态回收砷方法，其特征在于，所述步骤s4中通电的电流密度为0.2～0.4a/cm2。

8.如权利要求4所述的一种阴极还原气态回收砷方法，其特征在于，所述步骤s5中循环泵流速为1.5～6ml/min。

9.如权利要求4所述的一种阴极还原气态回收砷方法，其特征在于，所述步骤s6中再生液为1mol/l的hcl。

技术总结
本发明涉及固废处理技术领域，具体涉及一种砷饱和活性炭的电化学再生装置与阴极还原气态回收砷方法，砷饱和活性炭化学、电化学洗脱附再生，脱附的砷可通过电化学还原回收，将砷饱和活性炭置于圆盘式薄层电解池阴极室，泵入洗脱液，砷在活性炭上脱附进入液相并于电极表面发生电化学还原生成AsH<subgt;3</subgt;，AsH<subgt;3</subgt;蒸汽随阴极液进入气液分离室，纯净的AsH<subgt;3</subgt;可通过热处理等方式进行回收，电化学脱附后的活性炭烘干后可进行二次吸附实验，SEM、EDS等表征显示，和化学脱附相比，电化学气态脱附后表面孔隙结构保持良好，再生循环3次均能获得良好的吸附性能。

技术研发人员：张王兵,许诺,杨新安
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15