公布日：2023.10.13
申请日：2023.07.13
分类号：C25B9/23(2021.01)I;C02F1/461(2023.01)I;C25B9/015(2021.01)I;C25B15/08(2006.01)I;C25B11/031(2021.01)I;C25B1/04(2021.01)I
摘要
本发明属于污水处理技术领域，公开了一种污水处理制氢设备，通过电催化方式对高有机物浓度的污水进行处理并制氢收集，包括竖向设置的罐体，罐体内具有空腔，空腔内具有透水的蜂窝阳极；所述蜂窝阳极具有若干沿罐体轴线设置且贯穿的通孔，通孔内具有贴合其内壁设置的离子交换膜；所述离子交换膜延伸整个通孔，由离子交换膜将罐体内空腔分隔为内空间和外空间，内空间设有阴极结构，阴极结构和蜂窝阳极通过线缆与外部供电线路连接，由外部管路向设置在罐体底部且同时连通内空间和外空间的进水室通入污水进行处理；罐体顶部具有分别连接外空间和内空间的管道，通过连通内空间的管道排水排气，并对连接内空间的管道中排出的氢气进行处理和收集。
权利要求书
1.一种污水处理制氢设备，通过电催化方式对高有机物浓度的污水进行处理并制氢收集，其特征在于：包括竖向设置的罐体，罐体内具有空腔，空腔内具有透水的蜂窝阳极(9)；所述蜂窝阳极(8)具有若干沿罐体轴线设置且贯穿的通孔，通孔内具有贴合其内壁设置的离子交换膜(10)；所述离子交换膜(10)延伸整个通孔，由离子交换膜(10)将罐体内空腔分隔为内空间和外空间，内空间设有阴极结构，阴极结构和蜂窝阳极(8)通过线缆与外部供电线路连接，由外部管路向设置在罐体底部且同时连通内空间和外空间的进水室(301)通入污水进行处理；罐体顶部具有分别连接外空间和内空间的管道，通过连通内空间的管道排水排气，并对连接内空间的管道中排出的氢气进行处理和收集。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理制氢设备，其特征在于：所述罐体包括桶身(1)以及分别设置在桶身(1)上开口处的顶盖(2)、设置在桶身(1)下开口处的底盖(3)；顶盖(2)扣合在上开口处并形成连通外空间的第二集气室(202)，第二集气室(202)通过设有的第二排气口(6)与外部管路连通；在第二集气室(202)内设有插入通孔内并与内空间密封连接的集气管(11)，在顶盖(2)内部设有与集气管(11)连通的第一集气室(201)，顶盖(2)上设有与第一集气室(201)连通的第一排气口(5)，通过第一排气口(5)与外部管路连通。
3.根据权利要求2所述的一种污水处理制氢设备，其特征在于：所述顶盖(2)上还覆盖有排气罩(4)，所述排气罩(4)与顶盖(2)外壁之间形成一个排气室，所述顶盖(2)上设有连通第二集气室(201)与排气室的连通口(203)，所述第二排气口(6)设置在排气罩(4)上。
4.根据权利要求2所述的一种污水处理制氢设备，其特征在于：所述阴极结构包括设置在通孔内的阴极杆(7)，所述阴极杆(7)为镂空的管材结构，其处于通孔朝向顶盖(2)一侧开口处内沿与对应通孔内的离子交换膜(10)密封连接；阴极杆(7)顶部向通孔外延伸并与顶盖(2)固定连接，在阴极杆(7)内设有集气管(11)，集气管(11)一端沿阴极杆(7)内延伸并与顶盖(2)的第一集气室(202)连通，集气管(11)表面具有若干均匀分布的小孔，在内空间内生成的氢气通过集气管(11)进入第一集气室(202)内。
5.根据权利要求4所述的一种污水处理制氢设备，其特征在于：所述底盖(3)扣合在桶身(1)下部开口处并在其内部形成进水室(301)，底盖(3)上设有连通进水室(301)的进水口(9)；桶身(1)底部连通进水室(301)，并在桶身(1)内壁上设有支撑蜂窝阳极(8)限位环，所述蜂窝阳极(8)抵靠在限位环上；内空间和外空间均与进水室(301)联通，所述阴极杆(7)靠近底盖(3)的一端距离通孔下部开口具有间距D，间距D的长度不小于通孔长度的20％。
6.根据权利要求2所述的一种污水处理制氢设备，其特征在于：所述桶身(1)与顶盖(2)、底盖(3)之间通过法兰连接。
7.根据权利要求2所述的一种污水处理制氢设备，其特征在于：所述桶身(1)与顶盖(2)、底盖(3)的连接处均设有密封圈。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种污水处理制氢设备，通过一体化结构设计，通过蜂窝状特征的阳极材料与阴极结构配合，在实现高效电催化处理的同时，还能够将不同电极处产生的气体进行收集，结构简单成本较低。
本发明所采用的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种污水处理制氢设备，通过电催化方式对高有机物浓度的污水进行处理并制氢收集，包括竖向设置的罐体，罐体内具有空腔，空腔内具有透水的蜂窝阳极；
所述蜂窝阳极具有若干沿罐体轴线设置且贯穿的通孔，通孔内具有贴合其内壁设置的离子交换膜；
所述离子交换膜延伸整个通孔，由离子交换膜将罐体内空腔分隔为内空间和外空间，内空间设有阴极结构，阴极结构和蜂窝阳极通过线缆与外部供电线路连接，由外部管路向设置在罐体底部且同时连通内空间和外空间的进水室通入污水进行处理；
罐体顶部具有分别连接外空间和内空间的管道，通过连通内空间的管道排水排气，并对连接内空间的管道中排出的氢气进行处理和收集。
结合第一方面，本发明提供第一方面的第一种实施方式，所述罐体包括桶身以及分别设置在桶身上开口处的顶盖、设置在桶身下开口处的底盖；
顶盖扣合在上开口处并形成连通外空间的第二集气室，第二集气室通过设有的第二排气口与外部管路连通；
在第二集气室内设有插入通孔内并与内空间密封连接的集气管，在顶盖内部设有与集气管连通的第一集气室，顶盖上设有与第一集气室连通的第一排气口，通过第一排气口与外部管路连通。
结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第二种实施方式，所述顶盖上还覆盖有排气罩，所述排气罩与顶盖外壁之间形成一个排气室，所述顶盖上设有连通第二集气室与排气室的连通口，所述第二排气口设置在排气罩上。
结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第三种实施方式，所述阴极结构包括设置在通孔内的阴极杆，所述阴极杆为镂空的管材结构，其处于通孔朝向顶盖一侧开口处内沿与对应通孔内的离子交换膜密封连接；
阴极杆顶部向通孔外延伸并与顶盖固定连接，在阴极杆内设有集气管，集气管一端沿阴极杆内延伸并与顶盖的第一集气室连通，集气管表面具有若干均匀分布的小孔，在内空间内生成的氢气通过集气管进入第一集气室内。
结合第一方面的第三种实施方式，本发明提供第一方面的第四种实施方式，所述底盖扣合在桶身下部开口处并在其内部形成进水室，底盖上设有连通进水室的进水口；
桶身底部连通进水室，并在桶身内壁上设有支撑蜂窝阳极限位环，所述蜂窝阳极抵靠在限位环上；
内空间和外空间均与进水室联通，所述阴极杆靠近底盖的一端距离通孔下部开口具有间距D，间距D的长度不小于通孔长度的20％。
结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第五种实施方式，所述桶身与顶盖、底盖之间通过法兰连接。
结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第六种实施方式，所述桶身与顶盖、底盖的连接处均设有密封圈。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过优化结构设计，采用一体式的立式罐体结构，并利用气体在水中自然向上排出的特性，从下部连通正负极两个腔室，在上部密封分割实现正负极气体的分别收集，结构简单成本较低，且能够在有限的空间内高效的进行污水电催化处理和制氢收集；
(2)本发明在罐体内采用蜂窝阳极结构和插设在蜂窝阳极中的若干阴极杆结构实现污水的电催化处理，利用蜂窝阳极疏松多孔的特性布水，从而增加接触面积，提高处理效率，方便更换。
（发明人：王诚;雷宪章;亢旗军;王博）