CN117735672B - 一种透气膜电极及其制备方法和应用 - Google Patents
一种透气膜电极及其制备方法和应用Info
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Abstract
本发明提供了一种透气膜电极及其制备方法和应用，属于高氨氮污水处理与氨氮资源回收的技术领域。所述透气膜电极包括疏水微孔膜基底，以及分别固定于基底两侧的阳极和阴极；所述疏水微孔膜基底的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、陶瓷中的至少一种；所述阳极的材料为铂、钯、碳、氧化铱、氧化钽、氧化钛中的至少一种；所述阴极的材料为铂、钯、碳、镍、铁、不锈钢中的至少一种；将阳极和阴极固定于疏水微孔膜基底两侧的方法包括电化学沉积法和相转化法。本发明克服了目前膜吸收法回收污水氨氮技术存在的膜分离功能单一、酸碱消耗大、电极产酸碱与膜吸收界面耦合方式缺陷等，可原位产酸碱驱动膜吸收回收污水氨氮。
Description
技术领域
本发明涉及高氨氮污水处理与氨氮资源回收的技术领域，尤其是涉及一种透气膜电极及其制备方法和应用。
背景技术
污水中的氨氮是水体富营养化的重要诱因；同时，氨氮又是一种关键氮肥原料和重要的无碳储能与发电材料。从污水中去除氨氮和工业合成氨氮都属于高能耗、高碳排放过程，长此以往形成恶性循环。污水氨氮的资源化回收利用无疑是打破这一恶性循环的最佳选择，近年来，污水氨氮处理的理念逐渐由“去除氨氮”转变为“回收氨氮”，这既可回收氨氮资源，也可保护水生态安全和推动碳减排。
膜吸收法因氨氮回收效率高、无二次污染和能耗较低等优势而备受关注。然而，传统膜吸收法的阴极室需消耗大量碱调升污水至高pH以促进氨氮转化为游离氨，阳极室需消耗大量酸保持吸收液低pH以进行氨吸收；由于直接回收产物的浓度低、pH低，不能直接作为肥料，还需再浓缩并耗碱回调pH至近中性以解决后续利用问题。
通过将电化学系统与膜吸收单元耦合，利用电解水反应解决了传统膜吸收法的酸碱供应问题，但仍需消耗大量酸碱调节出水和回收产物的pH至近中性。但是，现有电极反应界面与膜吸收界面的耦合方式存在缺陷。CN110921796A提供了一种电化学回收污水氮磷同步制氢氧系统和方法，利用阳极室与产酸室之间的阳离子交换膜、产酸室与脱盐室之间的阴离子交换膜，使阳极室内阳极产生的酸被保留在产酸室中，实现持续产酸作用。但是，该技术中产酸室中的酸液需要通过泵循环至最右侧的吸收室中用于吸收从阴极室跨膜传输而来的NH3，脱盐室则起到维持离子平衡的作用。
此外，目前膜电极多以热压方式进行固定组装，其耐久性亟需提高。如何利用疏水微孔膜本身的绝缘疏水特性实现阳极产酸界面、阴极产碱界面以及膜吸收界面的复合功能耦合，以同时提高酸碱利用效率并降低酸碱液输送能耗尚不明晰，其适宜模式与耦合界面协同作用机制均亟待探索。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种透气膜电极及其制备方法和应用。本发明克服了目前膜吸收法回收污水氨氮技术存在的膜分离功能单一、酸碱消耗大、电极产酸碱与膜吸收界面耦合方式缺陷等，可原位产酸碱驱动膜吸收回收污水氨氮。
本发明的技术方案如下：
一种透气膜电极，包括疏水微孔膜基底，以及分别固定于基底两侧的阳极和阴极；
所述疏水微孔膜基底的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、陶瓷中的至少一种；
所述阳极的材料为铂、钯、碳、氧化铱、氧化钽、氧化钛中的至少一种；
所述阴极的材料为铂、钯、碳、镍、铁、不锈钢中的至少一种。
优选的，将阳极和阴极固定于疏水微孔膜基底两侧的方法包括电化学沉积法和相转化法。
进一步地，所述电化学沉积法包括以下步骤：
S1、将碳纳米材料分散于乙醇中，制得碳纳米材料分散液，将其喷涂至疏水微孔膜基底两侧；
S2、阳极电沉积液的制备：将阳极材料与阳极溶液混合搅拌并调节pH至9.0-12.0；
S3、阴极电沉积液的制备：将阴极材料与阴极溶液混合搅拌并调节pH至1.0-4.0；
S4、疏水微孔膜基底-阳极制备：将步骤S1得到的喷涂碳纳米材料后的疏水微孔膜基底一侧与钛丝网贴合，将其浸入步骤S2得到的阳极电沉积液中作为工作电极，以三电极电解池体系进行阳极预沉积，以玻碳电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，进行阳极电沉积，结束后将钛丝网从阳极剥离；
S5、疏水微孔膜基底-阴极制备：将步骤S4得到的已负载阳极的疏水微孔膜基底的另一侧与不锈钢丝网贴合，将其浸入步骤S3得到的阴极电沉积液中作为工作电极，以泡沫镍电极作为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，进行阴极电沉积，结束后将不锈钢丝网从阴极剥离。
优选的，步骤S1所述碳纳米材料与乙醇的体积比为1:1-2。
优选的，步骤S2所述阳极材料和阳极溶液的体积比为1:1-2；所述阳极溶液原料为去离子水、草酸、以及双氧水；所述去离子水、草酸、双氧水的体积比为1:0.5-1.5:0.5-1.5；
优选的，步骤S3所述阴极材料和阴极溶液的体积比为1:1-2；所述阴极溶液原料为H3BO3。
进一步地，所述相转化法包括以下步骤：
M1、疏水微孔膜基底-阳极制备：将阳极材料分散于聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮的二甲基亚砜混合溶液中，然后将混合物均匀涂覆于疏水微孔膜基底一侧上，短时间暴露在空气中使溶剂挥发，随后将涂覆后的基底浸入蒸馏水中，通过相转化过程将阳极材料固定；
M2、疏水微孔膜基底-阴极制备：将阴极材料分散于聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮的二甲基亚砜混合溶液中，然后将混合物均匀涂覆于疏水微孔膜基底另一侧上，短时间暴露在空气中使溶剂挥发，随后将涂覆后的基底浸入蒸馏水中，通过相转化过程将阴极材料固定。
优选的，步骤M1所述阳极材料、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜的体积比为1:1-2:1-2:1-2；
优选的，步骤M2所述阴极材料、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜的体积比为1:1-2:1-2:1-2。
更优选的，所述短时间暴露的时间为5-15min。
本发明还提供了所述的透气膜电极的应用，将所述透气膜电极用于高氨氮污水处理与氨氮资源回收。
本发明进一步提供了所述的透气膜电极的应用，将所述透气膜电极用于堆叠式电化学回收污水氨氮系统中实现电化学膜吸收氨。
所述堆叠式氨氮回收系统包含若干个相连的氨氮回收单元，所述阳极室外侧设置由阴离子交换膜隔开的脱盐室，所述阴极室外侧设置由阳离子交换膜隔开的脱盐室，该单元可进行无限堆叠，所述阳极室和阴极室外侧分别设置脱盐室，根据处理规模需要进行若干单元放大或者堆叠重复。
进一步地，以两单元堆叠式电化学回收污水氨氮系统为例，所述两单元电化学回收污水氨氮系统包括阳极室1、阴极室2、第一脱盐室3、第二脱盐室4、副阴极室5、副阳极室6；
所述阳极室1与阴极室2由所述透气膜电极分隔，所述透气膜电极的阳极8和阴极9分别位于阳极室1和阴极室2的一侧，所述透气膜电极的基底7位于阳极8和阴极9之间；
阳极室1的另一侧与第一脱盐室3由阴离子交换膜10分隔，阴极室2的另一侧与第二脱盐室4由阳离子交换膜11分隔；第一脱盐室3的另一侧与副阴极室5由阳离子交换膜11分隔，第二脱盐室4的另一侧与副阳极室6由阴离子交换膜10分隔。
优选的，步骤S4所述钛丝网和步骤S5所述不锈钢丝网的目数分别为60-80目，最优选60目。
优选的，所述阴离子交换膜10选自季胺型、吡啶季胺型、伯胺型、仲胺型、叔胺型及混合胺型膜中的至少一种；所述阳离子交换膜11选自磺酸型、磷酸型、膦酸型、羧酸型、酚型及苯酚磺酸膜中的至少一种。
进一步地，所述阳极室1中的电解液为硫酸铵溶液，阴极室2中的电解液为高氨氮污水，第一脱盐室3、第二脱盐室4、副阴极室5、副阳极室6中的电解液为硫酸钠盐水。
优选的，阳极室1中注入低浓度硫酸铵电解质溶液。
优选的，阴极室2内注入的高氨氮污水包括但不限于高氨氮工业污水、尿液、垃圾渗滤液、污泥消化液、有机废水消化液、有机废物消化液、养殖沼液等。
优选的，第一脱盐室3和第二脱盐室4、副阴极室5、副阳极室6内中注入低浓度硫酸钠盐水。
本发明有益的技术效果在于：
1、本发明在结构方面首创了由阳极、疏水微孔膜基底、阴极构成一体式“阳极-疏水微孔膜基底-阴极”结构的透气膜电极。本发明利用电解水反应，在阴、阳极表面形成局域强碱、强酸，分别用于游离氨转化和跨膜吸收，保持膜两侧高氨化学势差，去除污水氨氮并回收氨氮资源，维持出水和回收产物的pH近中性，实现膜吸收氨的降耗增效。
2、本发明的原理如图1所示。透气膜电极在堆叠式电化学回收污水氨氮系统中实现了电化学膜吸收氨，阴极电吸附污水中的铵氮，同时产生OH-，形成表面局域高pH层，原位促进铵氮转化为游离氨；阳极产生H+，形成表面局域低pH层，原位吸收跨疏水微孔膜迁移至阳极室的游离氨，将其转化为铵氮并通过电排斥固定在阳极液中，实现污水氨氮回收和浓缩；透气膜电极两侧形成游离氨跨膜迁移的高化学势差，可保障膜吸收氨的充足动力，并可稳定出水和回收产物的pH近中性。本发明的应用为高氨氮污水处理与氨氮资源回收。
3、与CN110921796A相比，本发明中的疏水微孔膜是作为NH3的传质通道，使得阴极表面产生的NH3能立刻传输至阳极侧进行吸收，最大程度降低了NH3的传质距离。本发明在传统电解水产酸和碱的基础上，无需任何外力的作用下就能原位利用产生的酸和碱，阴极产碱将污水氨氮转化为游离氨，阳极产酸吸收跨膜而来的游离氨；同时获得副产品氢气和氧气。
附图说明
图1为本发明透气膜电极的结构及原理示意图。
图2为本发明应用于堆叠式电化学回收污水氨氮系统原理示意图。
图3为两单元堆叠式电化学回收污水氨氮系统。
图中：1-阳极室；2-阴极室；3-第一脱盐室；4-第二脱盐室；5-副阴极室；6-副阳极室；7-疏水微孔膜基底；8-阳极；9-阴极；10-阳离子交换膜；11-阴离子交换膜；12-副阴极；13-副阳极；14-阳极室集气管；15-阴极室集气管；16-副阴极室集气管；17-副阳极室集气管；18-气袋1；19-气袋2；20-气袋3；21-气袋4；22-导线；23-导线；24-电源。
图4为电沉积法所制膜电极应用于电化学系统时的氨氮回收率和去除率情况。
图5为电沉积法所制透气膜电极应用时的透气膜电极氨氮通量。
图6为相转化法所制透气膜电极应用时的氨氮回收率和去除率情况。
图7为相转化法所制透气膜电极应用时的阳极液及阴极液pH值。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：电沉积法制备透气膜电极
本实施例通过电沉积法将阳极材料、阴极材料固定在聚四氟乙烯疏水微孔膜基底7上，所选用的阳极材料为氧化铱，阴极材料为金属镍，疏水微孔膜基底(MembraneSolutions Inc.,China)为带有PP支撑层的PTFE膜，孔径为0.22μm，厚度为150-190μm。
具体步骤如下：
(1)将碳纳米材料分散于乙醇，两者的体积比为1:1，超声处理2h，制得碳纳米材料分散液，将其喷涂至疏水微孔膜基底7两侧；
(2)阳极电沉积液的制备：向150mM IrCl4·H2O溶液中加入去离子水、草酸和双氧水，IrCl4·H2O溶液、去离子水、草酸、双氧水的体积比为3:1:1:1，搅拌混合10min，用NaOH调节pH至10.5作为阳极8的电沉积液；
(3)阴极电沉积液的制备：配制150mM NiSO4·7H2O溶液、25mM NiCl2·6H2O溶液和500mM H3BO3溶液，将三者混合，NiSO4·7H2O溶液、NiCl2·6H2O溶液、H3BO3溶液的体积比为1:1:2，搅拌10min，用H2SO4调节至pH 2.0作为阴极9的电沉积液；
(4)疏水微孔膜基底-阳极制备：将步骤1得到的喷涂碳纳米材料后的疏水微孔膜基底一侧与钛丝网(60目)贴合，并进入阳极电沉积液中作工作电极，以三电极电解池体系进行阳极预沉积，以玻碳电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，对体系进行0.2-0.4V线性伏安扫描，扫描速率为50mV/s；然后对体系施加恒压(0.6-0.9V)进行IrO2电沉积，电沉积时间为6h，结束后将钛丝网从阳极上剥离，制得阳极8；
(5)疏水微孔膜基底-阴极制备：将步骤(4)得到的已负载阳极的疏水微孔膜基底的另一侧贴在不锈钢丝网(60目)上，将其没入前述阴极电沉积液中作为阴极，以泡沫镍电极作为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，以20.4A/m2进行恒流电沉积，电沉积时间为6h，结束后将不锈钢丝网从阴极上剥离，制得阴极9。通过上述步骤制得了透气膜电极。
实施例2：相转化法制备透气膜电极
本实施例通过相转化法将阳极材料、阴极材料固定在聚四氟乙烯疏水微孔膜基底7上，所选用阳极材料为纳米氧化镍、阴极材料为纳米镍，疏水微孔膜基底(MembraneSolutions Inc.,China)为带有PP支撑层的PTFE膜，孔径为0.22μm，厚度为150-190μm。
具体步骤如下：
(1)将纳米氧化镍充分分散于聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮的二甲基亚砜混合溶液中，其中纳米氧化镍、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜的体积比为1:2:1:1；将适量混合物均匀涂覆于疏水微孔膜基底7一侧上，在空气中暴露10min使溶剂挥发，将涂覆后的基底进入蒸馏水中，通过相转化过程将纳米氧化镍固定，形成阳极8；
(2)将纳米镍充分分散于聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮的二甲基亚砜混合溶液中，其中纳米镍、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜的体积比为1:2:1:1；将适量混合物均匀涂覆于疏水微孔膜基底7另一侧上，在空气中暴露10min使溶剂挥发，将涂覆后的基底进入蒸馏水中，通过相转化过程将纳米氧化镍固定，形成阴极9。通过上述步骤制得了透气膜电极。
实施例3：采用了本发明透气膜电极的堆叠式电化学回收污水氨氮系统
本实施例提供了一种堆叠式电化学回收污水氨氮系统，其原理示意图如图2所示。所述堆叠式氨氮回收系统包含若干个相连的氨氮回收单元，每个回收单元均包括由本发明制备得到的透气膜电极隔开的阳极室和阴极室，阳极室外侧设置由阴离子交换膜隔开的一号脱盐室，阴极室外侧设置由阳离子交换膜隔开的二号脱盐室。
其中一号脱盐室远离阳极室的另外一侧(在图2中为左侧)为副阴极室，由阳离子交换膜与之分隔；二号脱盐室远离阴极室的另外一侧(在图2中为右侧)为副阳极室，由阴离子交换膜与之分隔。其中所述副阴极室与副阳极室分别设置副阴极和副阳极。
进一步地，副阴极室可以作为与本回收单元左侧相邻的第二个回收单元的阴极室，而副阳极室可以作为与本回收单元右侧相邻的第三个回收单元的阴极室，依此类推，形成堆叠。
在系统运行时，阳极室中产生的氧气由阳极室集气管收集入一号气袋，阴极室中产生的氢气由阴极室集气管收集入二号气袋，副阴极室中产生的氢气由副阴极室集气管入三号气袋，副阳极室产生的氧气由副阳极室集气管入四号气袋。
本系统还包括外接电路包括外接导线、电源；所述电源用于调节该系统的电流或电压。阳极通过导线与阴极相连接，副阴极通过导线与副阳极相连接。
实施例4：采用了本发明透气膜电极的电化学回收污水氨氮系统
一、本实施例提供了一种两单元堆叠式电化学回收污水氨氮系统，其结构如图3所示，包括阳极室1、阴极室2、第一脱盐室3、第二脱盐室4、副阴极室5、副阳极室6；
所述阳极室1与阴极室2由所述透气膜电极分隔，所述透气膜电极的阳极8和阴极9分别位于阳极室1和阴极室2的一侧，所述透气膜电极的基底7位于阳极8和阴极9之间；
阳极室1的另一侧与第一脱盐室3由阴离子交换膜10分隔，阴极室2的另一侧与第二脱盐室4由阳离子交换膜11分隔；第一脱盐室3的另一侧与副阴极室5由阳离子交换膜11分隔，第二脱盐室4的另一侧与副阳极室6由阴离子交换膜10分隔。
所述副阴极室5与副阳极室6分别设置副阴极12和副阳极13。
气袋1(18)由阳极室集气管14与阳极室1相连，用于收集氧气；气袋2(19)由阴极室集气管15与阴极室2相连，用于收集氢气；气袋3(20)由副阴极室集气管16与副阴极室5相连，用于收集氢气；气袋4(21)由副阳极室集气管17与副阳极室6相连，用于收集氧气。
外接电路包括外接导线22、23、电源24；所述电源24用于调节该系统的电流或电压。所述阳极8通过导线22与阴极9相连接。所述副阴极12通过导线23与副阳极13相连接。
所述阴离子交换膜10选自季胺型、吡啶季胺型、伯胺型、仲胺型、叔胺型及混合胺型膜中的至少一种；所述阳离子交换膜11选自磺酸型、磷酸型、膦酸型、羧酸型、酚型及苯酚磺酸膜中的至少一种。
所述副阴极12的材料为不锈钢丝网(60目)，和副阳极13的材料为铱坦钛网状电极(60目)。
阳极室1内注入低浓度硫酸铵电解质溶液。阴极室2内注入的高氨氮污水包括但不限于高氨氮工业污水、尿液、垃圾渗滤液、污泥消化液、有机废水消化液、有机废物消化液、养殖沼液等。
第一脱盐室3、第二脱盐室4、副阴极室5、副阳极室6中注入低浓度硫酸钠盐水。
二、所述电化学回收污水氨氮系统的运行原理为：
在电源24的作用下，阴、阳极表面形成局域强碱、强酸，分别用于氨转化和跨膜吸收，去除污水氨氮并回收氨氮资源，维持出水和回收产物的pH近中性，实现膜吸收氨的降耗增效。
三、所述透气膜电极应用于回收污水氨氮的工作方式为：
首先，根据所需回收的氨氮目标产物，在阳极室1注入低浓度硫酸铵电解液，在阴极室2中注入氨氮污水，在第一脱盐室3、第二脱盐室4、副阴极室5、副阳极室6中也注入相应的高浓度盐水；
然后，通过电源24给系统提供直流电，系统开始运行；
最后，系统正常运行一段时间后，关闭电源停止供电，从阳极室1中收获氮回收产物，从气袋1(18)和气袋4(21)中收获纯净氧气，从气袋2(19)和气袋3(20)中收获纯净氢气。实现了高氨氮污水处理与氨氮资源回收，同步获得副产品氢气和氧气。
应用例1：
本应用例采用实施例1电沉积法制备得到的透气膜电极和实施例4的电化学回收污水氨氮系统进行污水氨氮去除。
其中，阳离子交换膜型号为CMI-7000(Membranes International Inc.,NewJersey,USA)，阴离子交换膜型号为AMI-7001(Membranes International Inc.,NewJersey,USA)。副阴极的材料为不锈钢丝网(60目)，副阳极的材料为铱坦钛网状电极(60目)。
在阳极室1内加入20mL浓度为6mM的(NH4)SO4溶液；阴极室2加入20mL浓度为400mM的(NH4)SO4溶液；第一脱盐室3和第二脱盐室4均加入20mL浓度为500mM的Na2SO4溶液作为电解液；副阴极室5和副阳极室6均加入20mL浓度为150mM的Na2SO4溶液。
各室电解液注入完毕后，以0.1A的恒流方式运行4h。图4显示了系统氨氮回收率和去除率，从图中可以看到，系统运行4h后，氨氮回收率为90.7±0.4％，去除率为92.4±0.2％，两者相差不大。
图5显示了膜电极的氨氮通量变化，系统在运行过程中保持较高水平的氨氮通量，0.5h时氨氮平均通量为410±40gN/(m2﹒d)，2h时达最高值515±68gN/(m2﹒d)，4h时降至366±8gN/(m2﹒d)。整个运行过程中氨氮平均通量在360gN/(m2﹒d)以上
系统运行4h后关闭外接电源，从阳极室中收获氮回收产物，从气袋1和气袋4中收获氧气，从气袋2和气袋3中收获氢气。
应用例2：
本应用例采用实施例2相转化法制备得到的透气膜电极和实施例4的电化学回收污水氨氮系统进行污水氨氮去除。各部件所用材料同应用例1。
在阳极室1内加入20mL浓度为6mM的(NH4)SO4溶液；阴极室2加入20mL浓度为400mM的(NH4)SO4溶液；第一脱盐室3和第二脱盐室4均加入20mL浓度为500mM的Na2SO4溶液作为电解液；副阴极室5和副阳极室6均加入20mL浓度为150mM的Na2SO4溶液。
各室电解液注入完毕后，以0.96A的恒流方式运行2h。图6显示了系统氨氮回收率和去除率，从图中可以看到，系统运行2h后，氨氮回收率可达88.4±4.7％，去除率为89.5±5.3％，与回收率基本一致。
图7显示了系统运行过程中，阴极室及阳极室内溶液的主体pH值变化，在系统运行的前1h内，阴极室pH值基本低于9.25，但此阶段内仍有氨氮回收的发生，表明此阶段NH4 +-N向游离NH3转化的主要驱动力为阴极表面的局部高pH值，而阴极室主体pH值最终可达到10左右。阳极室主体pH值则在0.5h时便降低至2左右，并最终降至1.5左右。
系统运行2h后关闭外接电源，从阳极室中收获氮回收产物，从气袋1和气袋4中收获氧气，从气袋2和气袋3中收获氢气。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (7)
1.一种透气膜电极的应用，其特征在于，所述透气膜电极用于高氨氮污水处理与氨氮资源回收，从堆叠式电化学回收污水氨氮系统中实现电化学膜吸收氨；
所述透气膜电极包括疏水微孔膜基底，以及分别固定于基底两侧的阳极和阴极；
所述疏水微孔膜基底的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、陶瓷中的至少一种；
所述阳极的材料为铂、钯、碳、氧化铱、氧化钽、氧化钛中的至少一种；
所述阴极的材料为铂、钯、碳、镍、铁、不锈钢中的至少一种；
所述堆叠式电化学回收污水氨氮系统包含若干个相连的氨氮回收单元，所述回收单元包括由透气膜电极隔开的阳极室和阴极室，所述阳极室外侧设置由阴离子交换膜隔开的脱盐室，所述阴极室外侧设置由阳离子交换膜隔开的脱盐室，根据处理规模需要进行若干单元的放大或者重复堆叠；
当所述回收单元为两个单元时，电化学回收污水氨氮系统包括阳极室（1）、阴极室（2）、第一脱盐室（3）、第二脱盐室（4）、副阴极室（5）、副阳极室（6）；
所述阳极室（1）与阴极室（2）由所述透气膜电极分隔，所述透气膜电极的阳极（8）和阴极（9）分别位于阳极室（1）和阴极室（2）的一侧，所述透气膜电极的基底（7）位于阳极（8）和阴极（9）之间；
阳极室（1）的另一侧与第一脱盐室（3）由阴离子交换膜（10）分隔，阴极室（2）的另一侧与第二脱盐室（4）由阳离子交换膜（11）分隔；第一脱盐室（3）的另一侧与副阴极室（5）由阳离子交换膜（11）分隔，第二脱盐室（4）的另一侧与副阳极室（6）由阴离子交换膜（10）分隔；
所述阳极室（1）中的电解液为硫酸铵溶液，阴极室（2）中的电解液为高氨氮污水，第一脱盐室（3）、第二脱盐室（4）、副阴极室（5）、副阳极室（6）中的电解液为硫酸钠盐水；
所述系统还包括外接电路，外接电路包括外接导线、电源；所述电源用于调节该系统的电流或电压；阳极通过导线与阴极相连接，副阴极通过导线与副阳极相连接。
2.权利要求1所述的应用，其特征在于，将阳极和阴极固定于疏水微孔膜基底两侧的方法包括电化学沉积法和相转化法。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述电化学沉积法包括以下步骤：
S1、将碳纳米材料分散于乙醇中，制得碳纳米材料分散液，将其喷涂至疏水微孔膜基底两侧；
S2、阳极电沉积液的制备：将阳极材料与阳极溶液混合搅拌并调节pH至9.0-12.0；
S3、阴极电沉积液的制备：将阴极材料与阴极溶液混合搅拌并调节pH至1.0-4.0；
S4、疏水微孔膜基底-阳极制备：将步骤S1得到的喷涂碳纳米材料后的疏水微孔膜基底一侧与钛丝网贴合，将其浸入步骤S2得到的阳极电沉积液中作为工作电极，以三电极电解池体系进行阳极预沉积，以玻碳电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，进行阳极电沉积，结束后将钛丝网从阳极剥离；
S5、疏水微孔膜基底-阴极制备：将步骤S4得到的已负载阳极的疏水微孔膜基底的另一侧与不锈钢丝网贴合，将其浸入步骤S3得到的阴极电沉积液中作为工作电极，以泡沫镍电极作为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，进行阴极电沉积，结束后将不锈钢丝网从阴极剥离。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，步骤S1所述碳纳米材料与乙醇的体积比为1:1-2。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，步骤S2所述阳极材料和阳极溶液的体积比为1:1-2；所述阳极溶液原料为去离子水、草酸、以及双氧水；所述去离子水、草酸、双氧水的体积比为1:0.5-1.5:0.5-1.5；
步骤S3所述阴极材料和阴极溶液的体积比为1:1-2；所述阴极溶液原料为H3BO3。
6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述相转化法包括以下步骤：
M1、疏水微孔膜基底-阳极制备：将阳极材料分散于聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮的二甲基亚砜混合溶液中，然后将混合物均匀涂覆于疏水微孔膜基底一侧上，短时间暴露在空气中使溶剂挥发，随后将涂覆后的基底浸入蒸馏水中，通过相转化过程将阳极材料固定；
M2、疏水微孔膜基底-阴极制备：将阴极材料分散于聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮的二甲基亚砜混合溶液中，然后将混合物均匀涂覆于疏水微孔膜基底另一侧上，短时间暴露在空气中使溶剂挥发，随后将涂覆后的基底浸入蒸馏水中，通过相转化过程将阴极材料固定。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，步骤M1所述阳极材料、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜的体积比为1:1-2:1-2:1-2；
步骤M2所述阴极材料、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基亚砜的体积比为1:1-2:1-2:1-2。
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