CN109811355B - Fe2+阴极还原与阳极氧化耦合的三维电极反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Fe²⁺阴极还原与阳极氧化耦合的三维电极反应器，特别是一种以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料且表面可更新的三维移动床电极为阴极、以导电碳材料为阳极、以全氟阳离子膜为隔离膜的双室电化学反应器。在阴极室电沉积除去Fe²⁺的同时，阳极室的Fe²⁺电化学氧化为Fe³⁺，从而实现脱除Fe²⁺与生成Fe³⁺过程的耦合。本发明的电化学反应器具有结构合理、电极表面可更新、电极能再生循环使用、反应器制备简单、生产成本低、便于实现大规模工业化应用等显著特点，是一种符合绿色化工发展要求的阴极还原除Fe²⁺与阳极氧化制Fe³⁺耦合的电化学反应器。

Description

Fe2+阴极还原与阳极氧化耦合的三维电极反应器

技术领域

本发明涉及一种Fe²⁺阴极还原与阳极氧化耦合的三维电极反应器，特别是一种以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料且表面可更新的三维移动床电极为阴极、以导电碳材料为阳极、以全氟阳离子膜为隔离膜的双室电化学反应器。阴极室内硫酸溶液中的Fe²⁺发生电化学还原反应在阴极上沉积生成Fe，从而脱除阴极室硫酸溶液中的Fe²⁺；阳极室内硫酸溶液中的Fe²⁺发生电化学氧化反应生成Fe³⁺。在阴极室电沉积除去Fe²⁺的同时，阳极室的Fe²⁺电化学氧化为Fe³⁺，从而实现脱除Fe²⁺与生成Fe³⁺过程的耦合。该工艺技术属于电化学反应工程、电化学反应器制备、金属离子分离回收及资源化利用技术领域。

背景技术

1.硫酸溶液中铁离子的脱除

脱除硫酸溶液中的铁离子(Fe²⁺或/和Fe³⁺)不但是酸性溶液资源化利用、酸性溶液深度除铁脱色等过程中存在的共性难题，也是湿法冶金工艺过程中普遍存在的技术问题。因此，硫酸溶液中铁离子的脱除具有非常重要的意义和广阔的应用领域。

(1)脱除硫酸溶液中铁离子的工艺技术

目前，硫酸溶液中除铁的方法主要是针对湿法冶金工艺过程中使用的除铁技术而研发的，主要的除铁技术有黄铁矾法、赤铁矿法、针铁矿法等。这些方法主要解决湿法冶炼过程中的除铁问题，通常pH值在 1.5～5.0，高硫酸浓度水溶液中的除铁工艺技术未见报道。

(2)电化学沉积法脱除硫酸溶液中铁离子的重要性

为了实现SO₂氧化转化制硫酸和电化学还原制氢耦合新技术的工业化，本课题组研发了电化学除铁新工艺[参见文献：王雅琼等，一种Fe²⁺阳极氧化及阴极还原并联产H₂的工艺方法，ZL 201610529849.7；许文林等，一种脱硫联产氢气和硫酸的方法，ZL201610529572.8；许文林等，一种SO₂吸收转化的工艺方法， 201610523223.5；许文林等，一种成对电化学制备Fe³⁺和H₂的工艺方法，201610530057.1]，特别是研发了采用阴极电化学沉积法脱除硫酸溶液中铁离子的工艺技术。

阴极室内硫酸溶液中的Fe²⁺发生电化学还原反应在阴极沉积生成Fe，从而脱除了硫酸溶液中的Fe²⁺，脱除Fe²⁺的硫酸溶液进一步经过吸收SO₃或者蒸发脱水后，可制得硫酸产品。

采用电化学沉积法脱除硫酸溶液铁离子的技术利用电子作为还原剂，具有不消耗化学试剂、不产生废物的显著特点，是一种符合绿色化工发展要求的工艺技术。

(3)电化学沉积法脱除硫酸溶液中铁离子技术存在的主要问题

为了提高电化学沉积技术脱除硫酸溶液中铁离子过程的速率、降低铁离子的残余浓度以及提高过程的电流效率，需解决以下问题：

(1)抑制阴极的析氢副反应：铅(Pb)、镉(Cd)及其合金具有析氢过电位高的特点，以此作为阴极电催化材料可以使电化学沉积过程顺利进行。由于Fe²⁺在阴极还原为Fe沉积在阴极表面，使过程实际在Fe 电极上进行，导致阴极主要发生析氢副反应，从而影响反应过程的速率以及除铁过程的效率。因此，应使阴极表面不断更新，始终满足阴极的工作表面为析氢过电位高的金属材料。

(2)提高除铁过程的速率和电流效率：要满足低浓度条件下高的除铁速率和电流效率，达到高效除铁的要求，应采用三维电极电化学反应器。

因此，研发结构合理的阴极，在电化学沉积除铁过程中，维持电极表面更新，同时将沉积在电极表面的铁及时脱除，才能满足电极反应条件，使电化学沉积除铁过程顺利进行。

2.硫酸溶液中Fe²⁺氧化制备Fe³⁺

(1)硫酸溶液中Fe²⁺氧化制备Fe³⁺工艺

Fe³⁺是SO₂湿法脱硫氧化过程的催化剂(日本千代田公司研发的稀硫酸吸收技术，简称千代田法)和氧化剂[参见发明专利：许文林等，一种脱硫联产氢气和硫酸的方法，ZL201610529572.8；许文林等，一种 SO₂吸收转化的工艺方法，201610523223.5]。

(2)硫酸溶液中Fe²⁺氧化制备Fe³⁺的重要性

Fe³⁺是SO₂湿法氧化转化制备硫酸过程的氧化剂[参见发明专利：王雅琼等，一种Fe²⁺阳极氧化及阴极还原并联产H₂的工艺方法，ZL 201610529849.7；许文林等，一种脱硫联产氢气和硫酸的方法，ZL 201610529572.8；许文林等，一种成对电化学制备Fe³⁺和H₂的工艺方法，201610530057.1]，在SO₂湿法氧化转化过程中，Fe³⁺被还原为Fe²⁺，通过电化学氧化可将Fe²⁺再生为Fe³⁺，实现Fe³⁺/Fe²⁺的循环使用。

(3)现有硫酸溶液中Fe²⁺氧化制备Fe³⁺过程存在的主要问题

现有技术缺乏适合硫酸溶液中Fe²⁺氧化再生为Fe³⁺的电化学反应器，缺乏针对性的阳极，特别是现有技术缺乏具有成对电化学合成的反应器。

3.除铁离子技术与成对电化学制备Fe³⁺和H₂过程耦合技术存在的问题

脱除阴极液中Fe²⁺及阳极液中Fe²⁺氧化再生为Fe³⁺是实现SO₂湿法氧化转化制备硫酸过程工业化的重要单元操作过程，否则将产生大量含Fe²⁺的硫酸溶液，不但消耗资源，而且产生大量难处理的废物。实现该过程工业化，尚存在的主要问题有：

(1)缺乏具有一定生产能力、制备效率高、满足电化学沉积法脱除Fe²⁺与电化学制备Fe³⁺耦合的电化学反应器。

(2)缺乏科学、合理的阳极材料和结构形式，满足电化学沉积法脱除Fe²⁺与电化学制备Fe³⁺耦合操作工艺的条件。

(3)缺乏针对电化学沉积法脱除Fe²⁺与电化学制备Fe³⁺耦合新工艺的能够连续工作的电极和电化学反应器。

因此，需要研发结构合理的电化学反应器以及适宜的工作电极，以使电化学沉积法脱除铁离子过程中电极表面能得以更新，并能将电沉积于电极表面的铁及时脱除，同时满足电化学沉积法脱除Fe²⁺与电化学氧化制备Fe³⁺过程的要求，实现脱除Fe²⁺与生成Fe³⁺过程的耦合。

发明内容

本发明的目的是针对电化学沉积法脱除硫酸溶液中Fe²⁺与阳极氧化制Fe³⁺过程的耦合，研发三维电极反应器，以实现硫酸溶液中电化学沉积脱除Fe²⁺与阳极氧化制Fe³⁺过程的耦合，并提高过程的速率以及电流效率。

实现上述目的的技术方案是：本发明涉及一种Fe²⁺阴极还原与阳极氧化耦合的三维电极反应器，特别是一种以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料且表面可更新的三维移动床电极为阴极、以导电碳材料为阳极、以全氟阳离子膜为隔离膜的双室电化学反应器。阴极室内硫酸溶液中的Fe²⁺发生电化学还原反应在阴极上沉积生成Fe，从而脱除阴极室硫酸溶液中的Fe²⁺；阳极室内硫酸溶液中的Fe²⁺发生电化学氧化反应生成Fe³⁺。在阴极室电沉积除去Fe²⁺的同时，阳极室的Fe²⁺电化学氧化为Fe³⁺，从而实现脱除Fe²⁺与生成 Fe³⁺过程的耦合。本发明所述的三维电极反应器由以下四部分组成：

(1)阴极

三维电极反应器的阴极是以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料制得的表面可更新的三维移动床电极，其特征如下：

①阴极：由三维移动床电极、耐腐蚀电极基体以及电磁体三部分组成；

②三维移动床电极：三维移动床电极是阴极工作电极，以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料，在金属/电解液界面，Fe²⁺发生电化学还原反应生成Fe，沉积在电极表面；

③耐腐蚀电极基体：它是电磁体表面的保护层，其作用是防止电磁体在阴极条件下腐蚀，同时作为阴极的导电通道；

④电磁体：电磁体是在铁芯外缠绕线圈，通直流电产生磁场，借磁力将沉积在汞电极表面的金属Fe 吸至磁性电极基体，断电后磁性消失，Fe脱离磁性电极基体；

⑤三维移动床电极除铁操作：以上述三维移动床电极为阴极，进行电化学沉积除铁操作，Fe²⁺在金属颗粒表面发生电化学还原反应生成Fe，生成的Fe在电磁体的磁力作用下移至电磁体表面，同时采用阴极保护技术保护生成的Fe颗粒，使其不被硫酸腐蚀；

⑥三维移动床电极再生：将上一步经过电化学沉积除铁操作的三维移动床电极移出硫酸溶液，关闭电磁体电源，用硫酸溶液溶解除去沉积出的铁颗粒，从而实现三维移动床电极的再生，使电极循环使用。

(2)阳极：三维电极反应器的阳极是以石墨、活性炭、乙炔黑等导电的碳材料为电催化材料，可以是二维平面或三维固定床电极；

(3)隔离膜：隔离膜是全氟阳离子膜，通过离子膜将三维电极反应器的阴极室和阳极室分开构成双室电化学反应器；

(4)槽体：三维电极反应器的槽体由耐硫酸腐蚀、绝缘性好的塑料制成，包括阴极室和阳极室。

进一步，所述的析氢过电位高的金属为铅、镉及其合金，金属颗粒的当量直径在0.1mm～2.0mm之间，床层厚度为10.0mm～50.0mm之间。

进一步，所述的耐腐蚀电极基体为铅、镉及其合金的任意一种，耐腐蚀电极基体的厚度在 1.0mm～10.0mm之间。

进一步，所述的电磁体是在电磁铁的铁芯外缠绕线圈，通入直流电产生磁场，断电后磁性消失。

进一步，电极再生步骤中，溶解Fe的硫酸溶液的浓度为0.1mol/L～1.0mol/L，温度为20℃～60℃。

进一步，三维电极反应器的隔离膜是全氟阳离子膜，可以是全氟磺酸或者全氟羧酸离子交换树脂制备的离子交换膜。

进一步，三维电极反应器的槽体可以是聚氯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、聚碳酸酯塑料中的任意一种。

采用上述技术方案的原理及优点：

(1)采用双室结构的电化学反应器，在阴极室内Fe²⁺发生电化学还原反应沉积在电极表面，除去硫酸溶液中Fe²⁺，同时阳极室内的Fe²⁺在导电碳材料阳极上发生电化学氧化反应生成Fe³⁺，实现Fe²⁺阴极还原脱除铁离子与阳极氧化制Fe³⁺过程的耦合，使双室电极都得到了有效的利用。

(2)铅、镉及其合金作为阴极电催化材料具有析氢过电位高的特点，以此类材料作为阴极电催化材料，能有效脱除硫酸溶液中Fe²⁺，降低析氢副反应的速率，提高脱除铁离子过程的速率和电流效率，实现铁离子的有效脱除。

(3)三维电极具有比表面积大的特点，具有比表面积大、传质速率高的特点，特别适用于低浓度体系，即使反应物浓度很低的条件下，也具有较高的宏观反应速率。

(4)利用移动床电极容易实现连续电化学反应的特点。在电化学反应器顶部连续加入颗粒状或块状固体作为电极，随着反应的进行，电极颗粒逐渐下移，最后自底部连续卸出，流体则自下而上(或自上而下) 通过固体床层，使反应连续进行。将经过电化学沉积除铁操作的三维移动床阴极移出硫酸溶液，关闭电磁体电源，用硫酸溶液溶解除去沉积出的铁颗粒，即可实现电极的再生，使电极循环使用。

(5)阴极液流动方向与移动床三维电极金属颗粒的移动方向成逆流操作，有利于除铁过程的进行。因为在逆流操作条件下，含高浓度Fe²⁺的阴极液首先与表面覆盖金属铁量高的金属颗粒接触，可以进行除铁操作；含低浓度Fe²⁺的阴极液首先与表面覆盖金属铁量低的金属颗粒接触，可以进行深度除铁操作，满足脱除硫酸溶液中Fe²⁺的要求。

(6)硫酸溶液与Fe²⁺电沉积反应生成的铁颗粒分离后可直接作为阳极液使用，反应过程产生的H₂收集后可资源化利用。

(7)利用石墨、活性炭、乙炔黑等导电的碳材料耐硫酸腐蚀的特点，将其作为电化学反应器的阳极电催化材料。

(8)采用耐硫酸腐蚀、绝缘性好的材料作为槽体，制备方法简单，成本低廉，便于实现大规模工业化应用。

本发明的三维电极反应器具有结构合理、电极表面可更新、电极能再生循环使用、反应器的制备简单、生产成本低、便于实现大规模工业化应用等显著特点，是一种符合绿色化工发展要求的阴极还原除Fe²⁺与阳极氧化制Fe³⁺耦合的三维电极反应器。

附图说明

图1为垂直型三维电极电化学反应器示意图，其中1为阳极液进口，2为阳极液出口，3为阴极液进口，4为阴极液出口，5为阳极，6为隔离膜，7为阴极工作电极(三维移动床电极)，8为耐腐蚀电极基体， 9为电磁体。

图2为水平型三维电极电化学反应器示意图，图中数字的含义同图1。

图3为阴极结构示意图，阴极为三层结构，1为金属颗粒组成的三维移动床电极，2为保护电磁体的耐腐蚀电极基体，3为产生磁场的电磁体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如附图1～附图3所示，本发明涉及一种Fe²⁺阴极还原与阳极氧化耦合的三维电极反应器，特别是一种以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料且表面可更新的三维移动床电极为阴极、以导电碳材料为阳极、以全氟阳离子膜为隔离膜的双室电化学反应器，由以下四部分组成：

(1)阴极

三维电极反应器的阴极是以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料制得的表面可更新的三维移动床电极，其特征如下：

①阴极：由三维移动床电极、耐腐蚀电极基体以及电磁体三部分组成；

②三维移动床电极：以析氢过电位高的Pb-Cd合金颗粒为三维移动床电极的工作电极，合金颗粒的当量直径为1.0mm，床层厚度为20.0mm，在Pb-Cd合金/电解液界面，Fe²⁺发生电化学还原反应生成Fe，沉积在金属合金颗粒表面；

③耐腐蚀电极基体：电磁体表面金属Pb-Cd合金作为耐腐蚀电极基体，厚度为5.0mm，使铁在阴极条件下防止腐蚀，同时作为阴极的导电输入通道；

④电磁体：电磁体是在铁芯外缠绕线圈，通直流电产生磁场，借磁力将沉积在汞电极表面的金属Fe 吸至磁性电极基体，断电后磁性消失，Fe脱离磁性电极基体；

⑤三维移动床电极除铁操作：以上述三维移动床电极为阴极，进行电化学沉积除铁操作，Fe²⁺在金属颗粒表面发生电化学还原反应生成Fe，生成的Fe在电磁体的磁力作用下移至电磁体表面，同时采用阴极保护技术保护生成的Fe颗粒，使其不被硫酸腐蚀；

⑥三维移动床电极再生：将上一步经过电化学沉积除铁操作的三维移动床电极移出硫酸溶液，用 0.5mol/L硫酸溶液溶解除去Pb-Cd合金表面的铁，脱除铁的合金颗粒作为移动床电极循环使用。

(2)阳极

三维电极反应器的阳极为以活性炭颗粒为电催化材料构成的三维结构固定床电极，活性炭的当量直径为1.0mm，床层厚度为10.0mm。

(3)隔离膜

三维电极反应器的隔离膜为全氟阳离子膜，通过隔离膜将电化学反应器的阴极室和阳极室分开构成双室电化学反应器。

(4)槽体

三维电极反应器的槽体由聚丙烯制成，该材料具有耐硫酸腐蚀、电绝缘性优良等特点，槽体包括阴极室和阳极室。

实施例二

如附图1～附图3所示，本发明涉及一种Fe²⁺阴极还原与阳极氧化耦合的三维电极反应器，特别是一种以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料且表面可更新的三维移动床电极为阴极、以导电碳材料为阳极、以全氟阳离子膜为隔离膜的双室电化学反应器，由以下四部分组成：

(1)阴极

三维电极反应器的阴极是以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料制得的表面可更新的三维移动床电极，其特征如下：

①阴极：由三维移动床电极、耐腐蚀电极基体以及电磁体三部分组成；

②三维移动床电极：以镉颗粒为三维移动床电极的工作电极，镉颗粒的当量直径为2.0mm，床层厚度为50.0mm，在镉/电解液界面，Fe²⁺发生电化学还原反应生成Fe，沉积在镉颗粒表面；

③耐腐蚀电极基体：电磁体表面金属镉作为耐腐蚀电极基体，厚度为10.0mm，使铁在阴极条件下防止腐蚀，同时作为阴极的导电输入通道；

④电磁体：电磁体是在铁芯外缠绕线圈，通直流电产生磁场，借磁力将沉积在汞电极表面的金属Fe 吸至磁性电极基体，断电后磁性消失，Fe脱离磁性电极基体；

⑤三维移动床电极除铁操作：以上述三维移动床电极为阴极，进行电化学沉积除铁操作，Fe²⁺在金属颗粒表面发生电化学还原反应生成Fe，生成的Fe在电磁体的磁力作用下移至电磁体表面，同时采用阴极保护技术保护生成的Fe颗粒，使其不被硫酸腐蚀；

⑥三维移动床电极再生：将上一步经过电化学沉积除铁操作的三维移动床电极移出硫酸溶液，用 1.0mol/L硫酸溶液溶解除去镉表面的铁，脱除铁的镉颗粒作为移动床电极循环使用。

(2)阳极

三维电极反应器的阳极是以石墨板为电催化材料的二维电极，石墨板厚度为10.0mm。

(3)隔离膜

三维电极反应器的隔离膜为全氟磺酸离子交换膜，通过隔离膜将电化学反应器的阴极室和阳极室分开构成双室电化学反应器。

(4)槽体

三维电极反应器的槽体由聚氯乙烯制成，该材料具有耐硫酸腐蚀、电绝缘性优良等特点，槽体包括阴极室和阳极室。

实施例三

如附图1～附图3所示，本发明涉及一种Fe²⁺阴极还原与阳极氧化耦合的三维电极反应器，特别是一种以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料且表面可更新的三维移动床电极为阴极、以导电碳材料为阳极、以全氟阳离子膜为隔离膜的双室电化学反应器，由以下四部分组成：

(1)阴极

三维电极反应器的阴极是以析氢过电位高的金属颗粒为电催化材料制得的表面可更新的三维移动床电极，其特征如下：

①阴极：由三维移动床电极、耐腐蚀电极基体以及电磁体三部分组成；

②三维移动床电极：以铅颗粒为三维移动床电极的工作电极，铅颗粒的当量直径为0.1mm，床层厚度为10.0mm，在铅/电解液界面，Fe²⁺发生电化学还原反应生成Fe，沉积在铅颗粒表面；

③耐腐蚀电极基体：电磁体表面采用铅作为耐腐蚀电极基体，厚度为1.0mm，防止铁在阴极条件被腐蚀，同时作为阴极的导电输入通道；

④电磁体：电磁体是在铁芯外缠绕线圈，通直流电产生磁场，借磁力将沉积在汞电极表面的金属Fe 吸至磁性电极基体，断电后磁性消失，Fe脱离磁性电极基体；

⑤三维移动床电极除铁操作：以上述三维移动床电极为阴极，进行电化学沉积除铁操作，Fe²⁺在金属颗粒表面发生电化学还原反应生成Fe，生成的Fe在电磁体的磁力作用下移至电磁体表面，同时采用阴极保护技术保护生成的Fe颗粒，使其不被硫酸腐蚀；

⑥三维移动床电极再生：将上一步经过电化学沉积除铁操作的三维移动床电极移出硫酸溶液，用 0.1mol/L硫酸溶液溶解除去铅表面的铁，脱除了电沉积产物铁的铅颗粒作为三维移动床电极循环使用。

(2)阳极

三维电极反应器的阳极是以石墨板为电催化材料的二维电极，石墨板厚度为10.0mm。

(3)隔离膜

三维电极反应器的隔离膜为全氟磺酸离子交换膜，通过隔离膜将电化学反应器的阴极室和阳极室分开构成双室电化学反应器。

(4)槽体

三维电极反应器的槽体由聚氯乙烯制成，该材料具有耐硫酸腐蚀、电绝缘性优良等特点，槽体包括阴极室和阳极室。

除上述各实施例，本发明的实施方案还有很多，凡采用等同或等效替换的技术方案，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种对Fe²⁺进行阴极还原与阳极氧化的三维电极反应器，其特征在于所述的三维电极反应器由以下四部分组成：

(1)阴极：阴极由三维移动床电极、耐腐蚀电极基体以及电磁体三部分组成；阴极的工作电极是三维移动床电极，以析氢过电位高的铅、镉或Pb-Cd合金颗粒为电催化材料作为三维移动床电极的表面，所述表面可更新；在金属/电解液界面，Fe²⁺发生电化学还原反应生成Fe，沉积在铅、镉或Pb-Cd合金颗粒的表面；耐腐蚀电极基体为电磁体表面的保护层，其作用是防止电磁体在阴极条件下腐蚀，同时作为阴极的导电通道；电磁体是在铁芯外缠绕线圈，通直流电产生磁场，借磁力将沉积在电催化材料表面的金属Fe吸至磁性电极基体，断电后磁性消失，Fe脱离磁性电极基体；所述铅、镉或Pb-Cd合金颗粒的当量直径在0.1mm～2.0mm之间，床层厚度为10.0mm～50.0mm之间；

(2)阳极：阳极是以石墨、活性炭、乙炔黑为电催化材料，是二维平面或三维固定床电极；

(3)隔离膜：隔离膜是全氟阳离子膜，通过离子膜将三维电极反应器的阴极室和阳极室分开构成双室电化学反应器；

(4)槽体：三维电极反应器的槽体由耐硫酸腐蚀、绝缘性好的塑料制成，包括阴极室和阳极室；

以上述三维移动床电极为阴极，进行电化学沉积除铁操作，Fe²⁺在铅、镉或Pb-Cd合金颗粒表面发生电化学还原反应生成Fe，生成的Fe在电磁体的磁力作用下移至电磁体表面，同时采用阴极保护技术保护生成的Fe颗粒，使其不被硫酸腐蚀；将经过电化学沉积除铁操作的三维移动床电极移出硫酸溶液，关闭电磁体电源，用硫酸溶液溶解除去沉积在铅、镉或Pb-Cd合金颗粒表面的铁颗粒，从而实现三维移动床电极的再生，使电极循环使用。

2.根据权利要求1所述的三维电极反应器，其特征在于：所述的耐腐蚀电极基体为铅、镉或其合金的任意一种，耐腐蚀电极基体的厚度在1.0mm～10.0mm之间。

3.根据权利要求1所述的三维电极反应器，其特征在于：所述的电磁体是在电磁铁的铁芯外缠绕线圈，通入直流电产生磁场，断电后磁性消失。

4.根据权利要求1所述的三维电极反应器，其特征在于：电极再生步骤中，溶解Fe的硫酸溶液的浓度为0.1mol/L～1.0mol/L，温度为20℃～60℃。

5.根据权利要求1所述的三维电极反应器，其特征在于：隔离膜是全氟磺酸阳离子膜或者全氟羧酸阳离子膜。

6.根据权利要求1所述的三维电极反应器，其特征在于：三维电极反应器的槽体可以是聚氯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、聚碳酸酯塑料中的任意一种。

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