《截獲微量稀有元素的新型電極製備及EDI調控捕集機理》是依託浙江大學，由吳祖成擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：截獲微量稀有元素的新型電極製備及EDI調控捕集機理
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：吳祖成
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以再生資源開發與廢棄資源再利用為目的開展截獲、捕集水中微量稀有金屬元素及共存金屬新技術的基礎研究。擬在電去離子(EDI)裝置上通過利用水中Na+、Cl-為再生離子的再生手段；利用水中腐殖酸、磷酸鹽使金屬離子形成絡陰離子以提高溶度積、遷移速度和處理效率；利用選擇性質子膜限定絡陰離子的陽極破絡轉化、陰極沉積富集，從而達到高效濃縮、截獲、捕集。發展簡易、快速、高通量具備自修復功能的陰陽電極體系，在金屬氧化物陽極和納米粒子陰極電極體系上研究金屬離子回收過程的氧化、還原、轉化、歸宿關係；構建電化學非均相反應多介質體系和基於多種形態的結構特徵研究膜對離子的遷移、調控、捕集機理，著重在分子水平上理解反應過程和作用機制；為合理最佳化設計電化學反應轉化技術和金屬元素回收、利用提供技術支撐。
結題摘要
率先建立新型電化學濃縮體系EDI（Electrodeionization; Electrochemical dynamic ingathering），設計了四室、五室裝備。針對金屬離子在EDI中的遷移機理進行了探討。基於通常情況下溶液中離子以絡合物形式存在，以HEDP絡合銅為例對理論遷移量計算和其特性進行了研究、考察了HEDP、EDTA、焦磷酸等各種絡合劑存在時多金屬離子的共遷移。最後，針對單級EDI過程得到的濃縮液濃度特性，進行了多級EDI對絡陰離子HEDP，並對共存的常規陰離子如：NO3-和PO43-的濃縮，以及對碳酸鹽濃縮回收二氧化碳的研究。 在電場的影響下絡陰離子向陽極方向遷移，穿過陰離子交換膜，進入濃縮室樹脂得到再生，恢復交換能力。Nernst-Planck方程能表達HEDP絡合銅離子在EDI中的遷移機理，其遷移通量關係可近似化為Ni=kU或Ni=k′Ci，可計算理論遷移離子量Q理，且校正係數f可取電流效率ce。 HEDP、焦磷酸根和EDTA對金屬離子遷移影響表明，與絡合劑穩定性越高，遷移進入濃室中的量越大，各個時間下濃縮室中兩者濃度之比與絡合係數之比有正相關性。因此，分離不同的兩種陽離子時，可以選擇不同的的絡合劑來進行分離。 多級EDI實驗表明對於N、P，在濃室中可獲得高濃度營養鹽，濃度逐漸升高，經過三級EDI運行後硝酸根和磷酸根可達439.38和1347.68 mg/L，較最初進水濃縮度可達70.87和141.87。對於HEDP，三級EDI後， HEDP的濃度可達780 mg/L以上。第三級EDI濃縮後濃縮液便可作為鍍銅液中的原料。 選擇碳酸根為對象，設計了新型四隔室EDI裝置，實現了同時回收二氧化碳並再生鹼液的目的。鹼性碳酸鹽溶液中回收二氧化碳的能耗是1.41MJ/kgCO2，電流效率高達80%。 經過EDI濃縮的高價金屬或重金屬離子，結合本實驗室開發的新型Fuel Cell自產電技術不僅能得到各類金屬的直接沉積回收，而無需消耗電能。 採用EDI技術不僅能對含絡合陰離子廢水的處理和金屬離子的回收，具有99%以上的離子去除（回收）率，出水中離子濃度小於0.2 mg/L，水可回用，而且對共存各類離子特別是常規陰離子均以同時得到回收利用。當有碳酸鹽存在時，還可作為回收二氧化碳的CCS（carbon capture & storaage）新技術。
