CN110668532A - 电化学铵微纳反应器及其阳极材料的制备方法、脱铵应用 - Google Patents

电化学铵微纳反应器及其阳极材料的制备方法、脱铵应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电化学铵微纳反应器及其阳极材料的制备方法、脱铵应用，属于污水脱铵技术领域。包括阳极材料及阴极材料，阳极材料和阴材料分别连接直流电源的正极和负极；第一支撑板上设有第一凹槽，第一凹槽内设阳极材料；第二支撑板上设有第二凹槽，第二凹槽内设阴极材料。阳极材料包括，铵离子筛材料从水体中交换铵离子，将水体中的铵离子富集到电化学阳极上；氯离子吸附剂，吸附水体中的氯离子，通电后，氯离子被氧化为氯气，氯气遇水形成活性次氯酸根，氯酸根将铵离子筛吸附的铵离子氧化为氮气。本发明大量吸附污水中的铵离子，吸附水体中的氯离子，增加电化学产氯效率，又节约成本；产物清洁，反应高效，可重复利用，反应过程可连续进行。

Description

电化学铵微纳反应器及其阳极材料的制备方法、脱铵应用
技术领域
本发明涉及污水脱铵技术领域，具体涉及一种电化学铵微纳反应器及其阳极材料的制备方法、脱铵应用。
背景技术
针对低浓度氨氮污染的实际市政水体的氨氮处理，目前采用的方法为离子交换法和折点加氯法。
市政水体中的氨氮主要是以带正电的NH4 +的形式存在，离子交换法去除氨氮的基本原理是通过离子交换剂上的可交换性离子与废水中的NH4 +发生交换反应，从而实现去除氨氮的目的，离子交换法对低浓度的氨氮废水具有良好稳定的处理效果。但是一旦达到离子交换剂的饱和吸附容量后，需要对离子交换剂进行再生处理，再生液仍是高浓度氨氮废水，还需进行二次处理，成本高，难度大。同时低价阳离子的竞争吸附也是限制离子交换法广泛应用的重要因素之一。
折点加氯法是向废水中投加一定量的氯气或者次氯酸钠，与氨氮发生化学反应而被氧化为N2，从而达到去除氨氮的目的。投加量达到一定量时，在余氯－加氯量曲线上会出现一折点，此时废水中氯含量较低，同时氨氮趋于零。折点加氯法的难点在于折点的掌握，当超过折点时，水中会有Cl2残留，折点加氯法的处理成本为37.6元/kg(NH3-N)，费用较高，药剂用量大，同时会增加废水的盐分，出水不易达标，废水中易残留氯胺类化合物，违背了绿色化学的原则。
电化学氧化法是将废水中存在的Cl-，在阳极被氧化成具有强氧化作用的活性氯(HClO)，氨氮被活性氯氧化为氮气从而去除废水中的氨氮。电化学氧化法是目前去除废水中氨氮的前沿方法，此法处理效果好，处理过程绿色无二次污染。水体中氯离子浓度是电化学法去除氨氮的关键影响因素之一，由于电化学法氧化Cl-形成活性成分次氯酸的产率较低，因此增加氯离子浓度是提高产氯效率的有效手段之一，水体中NH4 +的浓度越高，电化学脱氨需要氯离子浓度就越大，一般在300-5000mg/L之间，然而市政污水厂出水氯离子浓度一般在160mg/L左右或者更低，因此要达到不向电解废水中额外投加氯离子，又能增加电化学产氯效率，实现氯离子取之于水，用之于水的目的，则需要对市政污水处理厂出水中的氯离子进行富集浓缩，大幅增加其浓度，从而增加电化学产氯效率，以达到高效去除水体氨氮的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电化学铵微纳反应器及其阳极材料的制备方法、脱铵应用，以解决上述背景技术中存在的至少一个技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一方面，本发明提供的一种电化学铵微纳反应器，包括：
第一支撑板、第二支撑板、阳极材料及阴极材料，所述阳极材料和所述阴材料分别连接直流电源的正极和负极；
所述第一支撑板上设有第一凹槽，所述第一凹槽内设所述阳极材料，所述阳极材料与所述第一凹槽的底部之间留有第一空间；
所述第二支撑板上设有与所述第一凹槽对应的第二凹槽，所述第二凹槽内设所述阴极材料，所述阴极材料与所述第二凹槽的底部之间留有第二空间；
所述第一支撑板的一侧设有连通所述第一空间的第一通道，所述第二支撑板的一侧设有连通所述第二空间的第二通道；
所述阳极材料和所述阴极材料之间夹设有硅胶垫片。
优选的，所述阳极材料包括在阳极电极网上的正反两面涂覆有电解材料，所述电解材料包括由以下重量配比的材料制成水滑石：铵离子筛：活性炭：聚偏氟乙烯：乙炔黑：碳酸氢钠为6:6:4:2:1:1。
优选的，所述阴极材料包括阴极电极网。
优选的，所述阳极电极网和所述阴极电极网均由不锈钢材料制成。
优选的，所述第一支撑板和所述第二支撑板上设有相对应的螺纹孔，所述第一支撑板和所述第二支撑板之间通过螺栓和螺纹孔的配合连接。
另一方面，本发明提供一种如上所述的电化学铵微纳反应器的阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
按照质量比为6:6:4:2:1:1分别取水滑石、铵离子筛、活性炭、聚偏氟乙烯、乙炔黑、碳酸氢钠进行混合，搅拌4h，然后将混合均匀的料液均匀旋涂至不锈钢网的正反两面，将不锈钢网完全覆盖；其中，
第一次完全涂覆后，室温自然晾干；再进行第二次涂覆，室温自然晾干，再进行第三次涂覆，室温自然晾干；再放入烘箱中进行烘干，即得所述阳极材料。
优选的，不锈钢网的正反两面的涂覆厚度均为0.8mm-1.5mm。
优选的，所述水滑石的制备方法包括：
按照物质的量之比为6：1取硫酸镁和硫酸铝，再按尿素与SO4 2-的物质的量之比为5：1取尿素，将尿素、硫酸镁和硫酸铝组成固体混合物，按照质量比为1:30取所述固体混合物和去离子水混合搅拌溶解，然后将溶液转移至圆底烧瓶，并配置冷凝回流装置，烧瓶中加入沸石，然后将温度升高到95℃，动态晶化5h，再在沸腾状态下静态晶化8h，晶化完全后，停止加热，将混合溶液自然冷却至室温，然后水洗抽滤3-5次，将抽滤所得样品放至烘箱，60℃下干燥30h。将干燥后的水滑石放至马弗炉中，升温速率5℃/min，500℃焙烧5h，自然降温，得到焙烧的水滑石样品，研磨成粉末，即得所述水滑石。
优选的，所述铵离子筛的制备方法包括：
物质的量之比为Si：Al＝6：1，H2O：Si＝28：1，K：Si＝0.2：1，Na：Si＝0.3：1，OH-：Si＝0.5：1；其中，
将硅溶胶溶解在一定量去离子水中，得到溶液A；将铝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾固体按照比例混合后，加入去离子水，搅拌30min，得到透明溶液B；将溶液B倒入溶液A中混合，机械搅拌4h，进行溶胶凝胶反应，得到混合胶状物；然后将所有的混合胶状物全部转移到聚四氟乙烯的反应釜中，在150℃下进行水热反应，反应时间为6天，然后将反应后的固体沉淀物过滤，并用去离子水抽滤洗涤3-5次，将固体置于2mol/L的氯化钠溶液中，搅拌3h，然后将固液混合物置于锥形烧瓶中，将烧瓶在120W、3000MHz的微波炉中照射5分钟后取出，将固体过滤，用去离子水清洗直至上过滤液体中不存在氯化物，将固体置于烘箱中，105℃条件下烘24h，得到白色固体即为微波处理后的铵离子筛。
第三方面，本发明提供一种如上所述的阳极材料在污水脱铵中的应用，铵离子筛材料选择性地从水体中交换铵离子，将水体中的铵离子富集到电化学阳极上；电化学阳极上的氯离子吸附剂，即水滑石，吸附水体中的氯离子，通电后，电化学阳极上富集的氯离子被氧化为氯气，氯气遇水形成活性次氯酸根，氯酸根将铵离子筛吸附的铵离子氧化为氮气。
本发明有益效果：对水体中铵离子吸附容量更大，选择性更高，能够选择性地从水体中交换铵离子；能够选择性地吸附水体中的氯离子，将其富集在阳极上，不需要向反应器中额外投加氯离子，既能增加电化学产氯效率，又节约成本；阳极材料会产生活性次氯酸根，可以将铵离子筛上吸附的铵根离子转化为氮气，产物清洁，反应高效，电极不需要进行铵离子筛的脱附再生，可重复利用，反应过程可连续进行。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所述的电化学铵微纳反应器的结构图。
图2为本发明实施例1所述的动态脱铵实验中氨氮离子浓度变化图。
图3为本发明实施例2中所述的静态脱铵实验装置结构图。
图4为本发明实施例2中所述的静态脱铵实验中氨氮离子浓度变化图。
其中：1-第一支撑板；2-第二支撑板；3-阳极材料；4-阴极材料；5-直流电源；6-第一凹槽；7-第二凹槽；8-第一通道；9-第二通道；10-硅胶垫片；11-污水储存罐；12-循环泵；13-转子流量计；14-磁力搅拌器；15-电解槽；16-螺纹孔。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1提供一种电化学铵微纳反应器，包括：
第一支撑板1、第二支撑板2、阳极材料3及阴极材料4，所述阳极材料3和所述阴材料4分别连接直流电源5的正极和负极；
所述第一支撑板1上设有第一凹槽6，所述第一凹槽6内设所述阳极材料3，所述阳极材料3与所述第一凹槽6的底部之间留有第一空间；
所述第二支撑板2上设有与所述第一凹槽6对应的第二凹槽7，所述第二凹槽7内设所述阴极材料4，所述阴极材料4与所述第二凹槽7的底部之间留有第二空间；
所述第一支撑板1的一侧设有连通所述第一空间的第一通道8，所述第二支撑板2的一侧设有连通所述第二空间的第二通道9；
所述阳极材料3和所述阴极材料4之间夹设有硅胶垫片10。使用中空的硅胶垫片10，将两块有机玻璃板隔离，防止电极片接触而发生短路。
所述阳极材料包括在阳极电极网上的正反两面涂覆有电解材料，所述电解材料包括由以下重量配比的材料制成水滑石：铵离子筛：活性炭：聚偏氟乙烯：乙炔黑：碳酸氢钠为6:6:4:2:1:1。
所述阴极材料包括阴极电极网。
所述阳极电极网和所述阴极电极网均由不锈钢材料制成。
所述第一支撑板和所述第二支撑板上设有相对应的螺纹孔，所述第一支撑板和所述第二支撑板之间通过螺栓和螺纹孔16的配合连接。
在本发明实施例1中，所述的电化学铵微纳反应器的阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
按照质量比为6:6:4:2:1:1分别取水滑石、铵离子筛、活性炭、聚偏氟乙烯、乙炔黑、碳酸氢钠进行混合，搅拌4h，然后将混合均匀的料液均匀旋涂至不锈钢网的正反两面，将不锈钢网完全覆盖；其中，
第一次完全涂覆后，室温自然晾干；再进行第二次涂覆，室温自然晾干，再进行第三次涂覆，室温自然晾干；再放入烘箱中进行烘干，即得所述阳极材料。
不锈钢网的正反两面的涂覆厚度均为0.8mm-1.5mm。
所述水滑石的制备方法包括：
按照物质的量之比为6：1取硫酸镁和硫酸铝，再按尿素与SO4 2-的物质的量之比为5：1取尿素，将尿素、硫酸镁和硫酸铝组成固体混合物，按照质量比为1:30取所述固体混合物和去离子水混合搅拌溶解，然后将溶液转移至圆底烧瓶，并配置冷凝回流装置，烧瓶中加入沸石，然后将温度升高到95℃，动态晶化5h，再在沸腾状态下静态晶化8h，晶化完全后，停止加热，将混合溶液自然冷却至室温，然后水洗抽滤3-5次，将抽滤所得样品放至烘箱，60℃下干燥30h。将干燥后的水滑石放至马弗炉中，升温速率5℃/min，500℃焙烧5h，自然降温，得到焙烧的水滑石样品，研磨成粉末，即得所述水滑石。
所述铵离子筛的制备方法包括：
物质的量之比为Si：Al＝6：1，H2O：Si＝28：1，K：Si＝0.2：1，Na：Si＝0.3：1，OH-：Si＝0.5：1；其中，
将硅溶胶溶解在一定量去离子水中，得到溶液A；将铝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾固体按照比例混合后，加入去离子水，搅拌30min，得到透明溶液B；将溶液B倒入溶液A中混合，机械搅拌4h，进行溶胶凝胶反应，得到混合胶状物；然后将所有的混合胶状物全部转移到聚四氟乙烯的反应釜中，在150℃下进行水热反应，反应时间为6天，然后将反应后的固体沉淀物过滤，并用去离子水抽滤洗涤3-5次，将固体置于2mol/L的氯化钠溶液中，搅拌3h，然后将固液混合物置于锥形烧瓶中，将烧瓶在120W、3000MHz的微波炉中照射5分钟后取出，将固体过滤，用去离子水清洗直至上过滤液体中不存在氯化物，将固体置于烘箱中，105℃条件下烘24h，得到白色固体即为微波处理后的铵离子筛。
铵离子筛材料选择性地从水体中交换铵离子，将水体中的铵离子富集到电化学阳极上；电化学阳极上的氯离子吸附剂，即水滑石，吸附水体中的氯离子，通电后，电化学阳极上富集的氯离子被氧化为氯气，氯气遇水形成活性次氯酸根，氯酸根将铵离子筛吸附的铵离子氧化为氮气。
动态脱铵实验
如图1所示，为了验证吸附氯离子的电化学阳极对动态水体的氨氮的去除效果，进行以下流动态的实验，动态循环脱铵试验所用装置为铵微纳反应器电解槽，动态试验所用电极尺寸和种类与静态实验一致。
实验过程中，所用电解液为某市政污水处理厂取回实际水样，将20L市政污水加入到污水储存罐11中，通过两个循环泵12实现循环，在循环泵12上加上转子流量计13，通过调节流量计的流量大小来实现电解过程的动态平衡，设计流量为0.2L/min，则电解100min为一个循环，每次完成一次循环，取样测定氨氮的浓度，多次循环实验结果如图2所示。由图2可知，经过三次循环，氨氮浓度小于1mg/L，由59.4mg/L下降至0.9mg/L，经过四次循环氨氮浓度低至0.2mg/L，实践证明吸附氯离子的电化学阳极对动态水体的氨氮具有优异的去除效果，可进行大规模的实际应用。
实施例2
本发明实施例2提供一种用于污水脱铵的电化学阳极材料，该电化学阳极包含三种功能材料，一种是经过微波处理后具有更高铵吸附容量的铵离子筛材料(HEU晶型结构的斜发沸石)，能够选择性从水体中交换铵离子；一种是氯离子吸附剂(水滑石)，能够吸附水体中的氯离子；一种是导电支撑体(活性炭和乙炔黑)。
电化学阳极材料工作机理为：首先，铵离子筛材料选择性地从水体中交换铵离子，将水体中的铵离子富集到电化学阳极上；其次，电化学阳极上的氯离子吸附剂可以将水体中的氯离子吸附到其表面，使其在阳极上处于高浓度富集状态；再次，将电化学阳极作为脱铵微纳反应器的阳极，通电后，阳极上富集的氯离子被氧化为氯气，氯气遇水形成活性次氯酸根，之后这些次氯酸根将铵离子筛吸附的铵离子氧化为氮气，实现铵离子筛的“吸附-反应去除-实时原位再生”的动态平衡，从而实现水体中氨氮的连续高效去除。
高浓度氯离子存在时，电化学氧化氨氮的主要原理为间接氧化，即电极的析氯作用产生的HClO作为氧化剂将溶液中的氨氮氧化，间接氧化过程的反应如下：
其中，电化学过程发生的化学反应为：
阳极:2Cl-→2e-+Cl2↑
阴极:2H2O+2e-→H2↑+2OH-
铵离子筛再生过程发生的化学反应为：
Cl2+H2O→HClO+HCl
3HClO+2NH4 +→N2↑+3H2O+5H++3Cl-
氨氮最终的氧化产物是氮气，而氯离子在电子的作用下，遵循着Cl-→Cl2→ClO-→Cl-的循环，废水中的氯离子得到有效利用。
电化学阳极的制备：按照质量比为水滑石：铵离子筛：活性炭：聚偏氟乙烯：乙炔黑：碳酸氢钠＝6:6:4:2:1:1进行混合，强机械搅拌4h，然后将混合均匀的料液均匀旋涂至不锈钢网(20cm×0.2cm×7cm)的正反两面，将不锈钢网全部紧密覆盖，具体涂覆方法为，第一次完全涂覆后，室温自然晾干，再涂一层，再晾干，再涂一层，总共涂覆三次，每次涂覆晾干后，要保证涂料将不锈钢网全部紧密覆盖，且均匀无裂缝，正反面涂层的厚度均约为1mm，再将涂有料液的不锈钢网放至烘箱中，135℃烘48h，即可得到吸附氯离子的电化学阳极材料。
氯离子吸附剂水滑石的制备如下：
按照物质的量之比为n(Mg):n(Al)＝6，加入镁和铝的硫酸盐化合物，然后按物质的量之比为n(尿素):n(SO4 2-)＝5加入尿素，固液比为1:30加入一定量的去离子水将试剂搅拌溶解，然后将溶液转移至圆底烧瓶，并配置冷凝回流装置，避免后续升温加热过程中，出现水分大量蒸发的现象，烧瓶中加入几粒沸石防暴沸，然后将温度升高到95℃，动态晶化5h，再在沸腾状态下静态晶化8h，晶化完全后，停止加热，将混合溶液自然冷却至室温，然后水洗抽滤3-5次，将抽滤所得样品放至烘箱，60℃下干燥30h。将干燥后的水滑石放至马弗炉中，升温速率5℃/min，500℃焙烧5h，自然降温，得到焙烧的水滑石样品，研磨成粉末，密封备用。
选择性脱铵材料铵离子筛的制备如下：
按照物质的量之比为Si/Al＝6，H2O/Si＝28，K/Si＝0.2，Na/Si＝0.3，OH-/Si＝0.5，将硅溶胶溶解在一定量去离子水中，得到溶液A；将铝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾固体按照比例混合后，加入去离子水，搅拌30min，得到透明溶液B；将溶液B快速倒入溶液A中混合，强机械搅拌4h，进行溶胶凝胶反应，然后将所有的混合胶状物全部转移到聚四氟乙烯的反应釜中，在150℃下进行水热反应，反应时间为6天，然后将反应后的固体沉淀物过滤，并用去离子水抽滤洗涤3-5次，将固体置于2mol/L的氯化钠溶液中，搅拌3h，然后将固液混合物置于250mL锥形烧瓶中，将烧瓶在120W，3000MHz的微波炉中照射5分钟，之后将固体过滤，用去离子水清洗直至上过滤液体中不存在氯化物，将固体置于烘箱中在105℃条件下烘24h，得到白色固体即为微波处理后的铵离子筛，待用。经微波处理的斜发沸石具有更高的铵吸附容量。
静态脱铵实验
如图3所示，采用静态实验测定上述制备的电化学阳极对氨氮的去除效果。静态实验电解装置由电解槽15、磁力搅拌器14、直流电源等组成，吸附氯离子的电极作为阳极，包括上述制备的阳极材料，阴极为不锈钢网，阴阳极面积比为1:1，尺寸为20cm×0.2cm×7cm，极板间距1cm，电解槽由有机玻璃材质制成，尺寸为30cm×5cm×10cm，有效容积为1L，底部采用磁力搅拌器14使溶液混合均匀。直流稳压电源可提供0～20A/0-30V电流和电压，本实验为稳流模式，电流密度10mA/cm2。
电解实验所需实际废水取自某市政污水处理厂，电解期间每间隔2、5、10、15、20、25、30min取样测定氨氮浓度，氨氮浓度随电解时间变化如图4所示，电解25min以后，氨氮浓度小于1mg/L，由初始59.4mg/L下降到0.5mg/L，电解30min后，氨氮浓度低至0.1mg/L，可见吸附氯离子的阳极对氨氮具有优异的去除性能。
电解30min后，水质变化情况如表1所示。由表1可知，氨氮浓度由初始59.4mg/L下降到0.1mg/L，总氮由60.7mg/L降至1.3mg/L，说明电解过程氨氮主要转化为氮气，而不是硝态氮。氯离子浓度变化明显，由初始75.5mg/L下降到19.2mg/L，而钙镁离子浓度基本没有变化，可见阳极上负载的水滑石对氯离子具有很高的选择性吸附。
表1：静态脱铵实验中电解前后水质变化表
综上所述，在本发明实施例所述的电化学铵微纳反应器及污水脱铵电化学阳极材料，解决利用离子交换法处理氨氮出现的离子交换剂的选择性低、再生费用高、固液分离困难的技术难题，同时解决利用折点加氯法处理氨氮时遇到的需要额外投加氧化药剂，出水盐分增加的技术难题，同时解决电化学法电解实际水体中铵根离子时氯离子浓度过低的问题。
基于该电化学阳极，所利用的铵离子筛为高纯度的HEU晶型结构的斜发沸石并且经过微波处理，与市面上的天然斜发沸石相比，该经过微波处理的HEU晶型结构的斜发沸石的吸附容量更大，选择性更高，能够选择性地从水体中交换铵离子，解决了目前市面上的铵离子吸附剂的选择性差的问题；采用的氯离子吸附剂，能够选择性地吸附水体中的氯离子，将其富集在阳极上，不需要向反应器中额外投加氯离子，就地取材，解决了铵离子筛中氨氮的电化学去除所需要的氯离子来源问题以及实际水体中氯离子浓度过低的问题，实现了氯离子取之于水，用之于水的目的，既能增加电化学产氯效率，又能节约成本，一举两得；通电后，吸附氯离子的阳极材料会产生活性次氯酸根，可以将铵离子筛上吸附的铵根离子转化为氮气，产物清洁，反应高效，电极不需要进行铵离子筛的脱附再生，可重复利用，反应过程可连续进行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电化学铵微纳反应器，其特征在于，包括：
第一支撑板(1)、第二支撑板(2)、阳极材料(3)及阴极材料(4)，所述阳极材料(3)和所述阴材料(4)分别连接直流电源(5)的正极和负极；
所述第一支撑板(1)上设有第一凹槽(6)，所述第一凹槽(6)内设所述阳极材料(3)，所述阳极材料(3)与所述第一凹槽(6)的底部之间留有第一空间；
所述第二支撑板(2)上设有与所述第一凹槽(6)对应的第二凹槽(7)，所述第二凹槽(7)内设所述阴极材料(4)，所述阴极材料(4)与所述第二凹槽(7)的底部之间留有第二空间；
所述第一支撑板(1)的一侧设有连通所述第一空间的第一通道(8)，所述第二支撑板(2)的一侧设有连通所述第二空间的第二通道(9)；
所述阳极材料(3)和所述阴极材料(4)之间夹设有硅胶垫片(10)。
2.根据权利要求1所述的电化学铵微纳反应器，其特征在于，所述阳极材料包括在阳极电极网上的正反两面涂覆有电解材料，所述电解材料包括由以下重量配比的材料制成水滑石：铵离子筛：活性炭：聚偏氟乙烯：乙炔黑：碳酸氢钠为6:6:4:2:1:1。
3.根据权利要求2所述的电化学铵微纳反应器，其特征在于，所述阴极材料包括阴极电极网。
4.根据权利要求3所述的电化学铵微纳反应器，其特征在于，所述阳极电极网和所述阴极电极网均由不锈钢材料制成。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电化学铵微纳反应器，其特征在于，所述第一支撑板和所述第二支撑板上设有相对应的螺纹孔，所述第一支撑板和所述第二支撑板之间通过螺栓和螺纹孔的配合连接。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的电化学铵微纳反应器的阳极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照质量比为6:6:4:2:1:1分别取水滑石、铵离子筛、活性炭、聚偏氟乙烯、乙炔黑、碳酸氢钠进行混合，搅拌4h，然后将混合均匀的料液均匀旋涂至不锈钢网的正反两面，将不锈钢网完全覆盖；其中，
第一次完全涂覆后，室温自然晾干；再进行第二次涂覆，室温自然晾干，再进行第三次涂覆，室温自然晾干；再放入烘箱中进行烘干，即得所述阳极材料。
7.根据权利要求6所述的电化学铵微纳反应器的阳极材料的制备方法，其特征在于，不锈钢网的正反两面的涂覆厚度均为0.8mm-1.5mm。
8.根据权利要求6所述的电化学铵微纳反应器的阳极材料的制备方法，其特征在于，所述水滑石的制备方法包括：
按照物质的量之比为6：1取硫酸镁和硫酸铝，再按尿素与SO4 2-的物质的量之比为5：1取尿素，将尿素、硫酸镁和硫酸铝组成固体混合物，按照质量比为1:30取所述固体混合物和去离子水混合搅拌溶解，然后将溶液转移至圆底烧瓶，并配置冷凝回流装置，烧瓶中加入沸石，然后将温度升高到95℃，动态晶化5h，再在沸腾状态下静态晶化8h，晶化完全后，停止加热，将混合溶液自然冷却至室温，然后水洗抽滤3-5次，将抽滤所得样品放至烘箱，60℃下干燥30h；将干燥后的水滑石放至马弗炉中，升温速率5℃/min，500℃焙烧5h，自然降温，得到焙烧的水滑石样品，研磨成粉末，即得所述水滑石。
9.根据权利要求6所述的电化学铵微纳反应器的阳极材料的制备方法，其特征在于，所述铵离子筛的制备方法包括：
物质的量之比为Si：Al＝6：1，H2O：Si＝28：1，K：Si＝0.2：1，Na：Si＝0.3：1，OH-：Si＝0.5：1；其中，
将硅溶胶溶解在一定量去离子水中，得到溶液A；将铝酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾固体按照比例混合后，加入去离子水，搅拌30min，得到透明溶液B；将溶液B倒入溶液A中混合，机械搅拌4h，进行溶胶凝胶反应，得到混合胶状物；然后将所有的混合胶状物全部转移到聚四氟乙烯的反应釜中，在150℃下进行水热反应，反应时间为6天，然后将反应后的固体沉淀物过滤，并用去离子水抽滤洗涤3-5次，将固体置于2mol/L的氯化钠溶液中，搅拌3h，然后将固液混合物置于锥形烧瓶中，将烧瓶在120W、3000MHz的微波炉中照射5分钟后取出，将固体过滤，用去离子水清洗直至上过滤液体中不存在氯化物，将固体置于烘箱中，105℃条件下烘24h，得到白色固体即为微波处理后的铵离子筛。
10.一种如权利要求6-9任一项所述的阳极材料在污水脱铵中的应用，其特征在于：铵离子筛材料选择性地从水体中交换铵离子，将水体中的铵离子富集到电化学阳极上；电化学阳极上的氯离子吸附剂，即水滑石，吸附水体中的氯离子，通电后，电化学阳极上富集的氯离子被氧化为氯气，氯气遇水形成活性次氯酸根，氯酸根将铵离子筛吸附的铵离子氧化为氮气。
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