电絮凝基耦合过程回收废水和卤水中有价组分

文摘   2024-07-26 10:05   河北  
华东理工大学国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心于建国教授团队近期于Desalination期刊(583, 2024, 117084)发表题目为“Valuable components recovery from wastewater and brine using electrocoagulation-based coupled process: A systematic review”的文章。该文章第一作者为博士后张烨,通讯作者为华东理工大学林森副教授。

研究亮点】

  • 通过电絮凝方法回收废水和卤水中的有价组分。

  • 有价组分以不同形成的产品被高效回收。

  • 分析了基于电絮凝过程的新阳极体系和耦合体系。

  • 未来研究可多关注金属-空气电极系统开发,H2回收和大规模应用。

【文章简介】

矿物和炉渣的浸出、农业肥料的使用、皮革制造、炼油过程等行业会产生各种废水,含有许多金属离子和盐类,如贵金属(银、金、铂族金属)、重金属(铬、铜、镍)、盐类(硼酸盐、磷酸盐和铵盐)、油脂等。这些污染物会对环境和人类造成极大的危害。此外,一些卤水,如盐湖卤水和高盐水,含有能源金属(如Li+)和盐(硫酸盐)。从资源循环利用的角度来看,这些水溶液体系在某种程度上可以被视为重要的矿物资源。

近年来,电化学技术得到了迅速发展,因为其可以有效地去除废水中的某些污染物,解决环境污染问题。电絮凝作为一种应用广泛的电化学技术,具有操作简单、活性成分含量高、污泥产率低、可以实现过程精确控制等优势,在废水中金属离子、油脂等污染物去除和脱盐等方面具有广泛的应用。近年来,很多学者针对电絮凝废水处理进行了大量研究工作,主要集中反应参数和电极材料的优化、絮体生长和结构的表征、机理分析、与其他技术耦合实现过程强化、EC反应器设计、向体系中添加空气和过氧化氢、极性反转、电极几何结构研究等方面,以及工业化应用的局限性评估。换个角度来看,电絮凝通常将污染物从水体转移到生成的絮体中。这些含有污染物的絮体若不加以利用,在一定程度上将被视为固体废弃物。相反,如果能够回收其中的有价组分,它们可以成为重要的二次资源。因此,近年来,电絮凝技术在废水和卤水中回收有价组分方面的研究受到越来越多的关注,废水中的污染物可以有效去除并作为不同领域的功能性原料进行回收。

本文综述了多种电絮凝系统从废水和卤水中回收有价组分的研究(图1),分析了不同阳极和耦合系统以及有价组分的回收性能和机制。重点介绍了电絮凝法的回收效率、能耗、回收产物的性质以及电絮凝法回收溶液中有价组分的优势和挑战,阐明了复合电极(图2)、施加外加磁场(图3)、氢气捕获、能量回收等电絮凝系统改进方法,分析了节能和大规模应用方面的挑战,并对电絮凝强化方法提出了几点展望。

图1 电絮凝基耦合系统回收废水和卤水中有价组分

图2 Ni+Fe阳极体系回收废水中的硼

图3 施加外加磁场的电絮凝体系强化轻质油回收

电絮凝方法可以有效的从卤水中回收锂离子,通过调控电流密度和反应时间,锂的回收率达到95%左右,在低锂浓度和高锂浓度卤水中均表现出良好的回收效果。XRD、SEM等分析结果表明(图4),电絮凝过程中,锂与系统产生的无定形氢氧化铝发生了化学反应,生成了氢氧化铝锂沉淀,从而实现锂的高效回收。

图4 电絮凝过程产生的(a)Al(OH)3和(b)LiCl2Al(OH)3xH2O

展望了未来研究方向,可通过耦合氢气回收系统、开发新型阳极体系等方法提高回收效率、降低能耗,从而实现强化有价组分电絮凝回收过程;深入研究电絮凝回收溶液中有价组分的机理,开发基于电絮凝技术的溶液有价组分回收新方法。

原文信息:

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916424004430

第一作者:

张烨

近年来,主要从事矿物分选、盐湖锂镁分离与利用、选冶固废资源化等研究方向的理论研究与技术开发,取得了多项重要研究成果。在国内外权威期刊上发表SCI学术论文20篇,参编专著1部,公开或授权国际/中国发明专利近20项。主持国家自然科学基金青年基金、中国博士后基金面上项目、企业委托项目等,入选上海市超级博士后激励计划,担任《Green and Smart Mining Engineering》、《矿产综合利用》等期刊青年编委。

邮箱地址:zhangye@ecust.edu.cn

通讯作者:

林森 副教授

华东理工大学副教授,博士生导师,国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室副主任,无机盐工业、Bioresources and Bioprocessing等期刊青年编委。长期从事盐湖卤水等复杂体系有价元素的分离与提取,在锂选择性吸附材料设计制备与构效关系、新型高效传质设备等方面深入开展了大量研究工作。承担了国家自然科学基金、重点研发计划、工信部专项等十余项国家或省部级科研任务。在AIChE J、Chem Eng Sci、Sep Purif Technol等化工分离领域重要期刊上发表第一/通讯作者论文60余篇,其中中科院一区论文32篇,单篇最高引用量超过160次。申请30余件国家发明专利与1件PCT专利,其中授权25件国家发明专利与2件国防专利,完成1项总额两千万人民币专利技术转化。入选上海市科技启明星计划(A类)、无机酸碱盐学术专家智库、华东理工大学“上海燃气奖教金”育才奖、华东理工大学“青年英才培育计划”以及 “科研新星”等。

工作单位:华东理工大学

通讯邮箱:linsen@ecust.edu.cn

于建国 教授

华东理工大学原副校长、国家督学、国家863计划资源与环境领域(主题)专家组专家、国务院学位委员会化学工程与技术学科评议组成员、教育部化工类专业教学指导委员会副主任委员。现华东理工大学讲席教授、博士生导师,国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心主任、资源(盐湖)过程工程教育部工程研究中心主任、钾锂战略资源国际联合实验室主任。二十年余来,主要从事有关盐湖卤水资源综合利用、温室气体减排等研究方向的理论研究与技术开发,取得了多项重要研究成果。在国内外权威期刊上发表学术论文400余篇,参编英文专著2部,公开或授权国家发明专利100余项。


本期编辑:林钰青(华东理工大学)


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