本技術涉及廢水凈化的，具體而言，涉及涂料生產廢水的處理系統(tǒng)。

背景技術：

1、人們日常生活和工業(yè)生產中會產生大量廢水。這些廢水中大多有含有含量超標的污染物，需要經過處理后排放。隨著氫能源產業(yè)的發(fā)展，社會對氫的需求量逐漸增大，而大規(guī)模、廉價地生產氫氣是開發(fā)和利用氫能的重要前提。如果能夠將上述廢水用來制氫，則有望將負擔變?yōu)閯恿Α?/p>

2、在眾多的制氫方法中，電解廢水制氫的成本低、產物無污染、技術優(yōu)勢明顯，但是仍存在以下問題需解決。傳統(tǒng)廢水制氫工藝首先需要對廢水中的有機物進行凈化處理和純化處理(通常是生化反應和芬頓氧化反應)，這樣可以減少有機物對電極材料使用造成不利影響，但是這樣會導致水處理的工藝較長，能耗較高。

3、在電解廢水制氫的過程中，陰極一般產生氫氣，陽極根據(jù)電解液的不同可以產生氧氣、氯氣、二氧化碳、二氧化硫等氣體。理想的陽極材料首先應當具備通用性，能夠在各種電解液中表現(xiàn)出較好電化學性能，例如，既可以用于析出氧氣，也可以用于析出氯氣。其次，為了在一定電能下得到盡可能高的電流密度和小的過電位，需要電極材料具有高表面積、高導電性、良好的催化活性、長期的機械和化學穩(wěn)定性、廉價安全等特性。

4、通常，pt、pd、au等貴金屬被認為是具有優(yōu)異高效電催化性能的電極材料。然而，在堿性水體中的電解過程涉及多過程的水解離，電解效率遠不及在酸性水體中，即便是采用貴金屬電極，對堿性水體的電解效率的提升也非常有限。并且，貴金屬的來源稀少、價格昂貴，無法實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產。

5、因此，需要開發(fā)出適合電解堿性水體的高活性、穩(wěn)定性的非貴金屬陽極材料。鎳合金由于制備方法簡單，可選取的種類豐富，催化性能優(yōu)異，是研究得最深入的陽極材料之一。但是，目前的鎳合金材料的通用性較差，且過電位高，電壓穩(wěn)定性差，耐腐蝕性能較差，仍不能適合堿性水體電解。

技術實現(xiàn)思路

1、第一方面，本實用新型的主要目的在于提供燒結金屬多孔材料及其制備方法和應用，以解決現(xiàn)有技術中鎳合金陽極材料存在的通用性差、過電位高、電壓穩(wěn)定性差、耐腐蝕較差的技術問題。

2、為了實現(xiàn)上述第一方面的目的，本實用新型首先提供了燒結金屬多孔材料及其制備方法，技術方案如下：

3、燒結金屬多孔材料，具有三種金屬層以及它們構成的層狀結構，三種金屬層均由ni元素和hf元素構成，三種金屬層中ni元素和hf元素的比例不相同。

4、作為上述的燒結金屬多孔材料的進一步改進：燒結金屬多孔材料的xrd圖譜中具有的物相包括hfni3金屬間化合物、hf3ni7金屬間化合物、hf單質和ni單質。

5、作為上述的燒結金屬多孔材料的進一步改進：燒結金屬多孔材料具有第一金屬層、包裹第一金屬層的第二金屬層以及包裹第二金屬層的第三金屬層，ni元素含量：第一金屬層＞第二金屬層＞第三金屬層。

6、作為上述的燒結金屬多孔材料的進一步改進：所述第一金屬層為多個且間隔排列。

7、燒結金屬多孔材料的制備方法，包括步驟：

8、將ni粉和hf粉球磨混合，得到混合粉；

9、向混合粉中加入成形助劑，然后造粒和過篩，得到成形顆粒；

10、將成形顆粒壓制成形，得到坯體；

11、對坯體進行分段升溫燒結處理；

12、對坯體進行分段降溫冷卻處理，即得到燒結金屬多孔材料。

13、作為上述的燒結金屬多孔材料的制備方法的進一步改進：分段升溫燒結處理在真空度下進行，升溫過程具體為：從室溫開始升溫至燒結溫度，期間每升溫50～150℃后保溫40～80min，升至燒結溫度后保溫150～200min，燒結溫度為1250～1350℃，每次升溫的升溫速率為4～7℃/min。

14、作為上述的燒結金屬多孔材料的制備方法的進一步改進：分段升溫燒結處理過程為：

15、第一階段為從室溫升溫到400℃，保溫60min；

16、第二階段為繼續(xù)升溫到500℃，保溫60min；

17、第三階段為繼續(xù)升溫到600℃，保溫60min；

18、第四階段為繼續(xù)升溫到700℃，保溫60min；

19、第五階段為繼續(xù)升溫到800℃，保溫60min；

20、第六階段為繼續(xù)升溫到900℃，保溫60min；

21、第七階段為繼續(xù)升溫到1000℃，保溫60min；

22、第八階段為繼續(xù)升溫到1100℃，保溫60min；

23、第九階段為繼續(xù)升溫到1300℃，保溫18min。

24、作為上述的燒結金屬多孔材料的制備方法的進一步改進：分段降溫冷卻處理在真空度下進行，降溫過程具體為：

25、第一階段為從燒結溫度降溫800～9000℃，降溫速率為10～15℃/min；

26、第二階段為繼續(xù)降溫至400～500℃，降溫速率為4～7℃/min；

27、第三階段為繼續(xù)降溫至100℃以下，降溫速率為15～20℃/min，即得到燒結金屬多孔材料。

28、為了實現(xiàn)上述第一方面的目的，本實用新型其次提供了電解制氫裝置以及電解制氫方法，技術方案如下：

29、電解制氫裝置，具有陽極，陽極采用上述第一方面所述的燒結金屬多孔材料。

30、電解制氫方法，采用上述的電解制氫裝置對堿性水體進行電解處理。

31、上述第一方面所述的燒結金屬多孔材料及其制備方法和應用具有以下優(yōu)點：

32、(1)在本實用新型中，hf(鉿)位于第3族，是早期過渡金屬元素，ni位于第10族，是后期過渡金屬元素。鈣鈦礦氧化物的水裂解活性與過渡金屬離子中的d軌道電子數(shù)密切相關，即早期過渡金屬氧化物活性較低，后期過渡金屬氧化物活性較高。本實用新型通過早期過渡金屬元素和晚期過渡金屬元素的協(xié)同作用，有效降低重要中間體(oh*，o*，ooh*)的反應能壘，大大提高整體水裂解效率。

33、(2)本實用新型的燒結金屬多孔材料幾乎不含固溶體合金，金屬元素主要以金屬間化合物存在，由于金屬鍵與共價鍵的混合鍵存在形式，能夠進一步優(yōu)化材料的電子結構，一方面具有明顯更好的強度和耐腐蝕性，另一方面可以促進電解過程中離子的吸附與釋放，降低電解液體系電解液中水的解離能壘，提高電解效率，表現(xiàn)出良好的催化活性和穩(wěn)定性。

34、(3)本實用新型采用元素粉末反應合成法制備的燒結金屬多孔材料具有微米級孔隙，可以大大提高材料的比表面積，提供足夠的活性位點。同時，微米級孔隙提供了氣體逸出的通道，避免了氣體在電極表面的富集覆蓋催化活性位點。

35、(4)本實用新型的燒結金屬多孔材料具有ni含量分布不同的層狀結構，其中，內層的ni含量較高，有利于提高耐腐蝕性能，外層的ni含量較少，能夠提供充足的可溶性金屬離子，進而有助于兼顧陽極材料的穩(wěn)定性和反應活性。并且，多層結構以及ni含量的梯度分布有利于在電極表面建立電勢梯度，促進離子傳輸和電化學反應，可以實現(xiàn)對電化學過程的精細調控，提高電解效率。

36、(5)本實用新型的燒結金屬多孔材料具有較好的通用性，既可以用于析氧反應，也可以用于析氯反應，且均可以在堿性電解液中進行，表現(xiàn)出析氧過電位小，電壓穩(wěn)定性好，耐腐蝕性能較好等優(yōu)點，是一種可以廣泛應用的陽極材料。

37、(6)本實用新型的燒結過程采用特殊的升溫工藝，第一方面，保證充分燒結形成的物相盡可能多的為金屬間化合物，減少其它雜相如固溶體合金、碳單質、碳化物、碳氧化物的含量，使組織單一，成分均勻，各項組成元素分布均勻，沒有偏析。第二方面，保證材料不變形，呈等比例收縮或者膨脹，不會出現(xiàn)局部熔融、彎曲等，第三方面，保證材料有大量孔隙生成，以提升比表面積，從而提升反應效率。

38、(7)本實用新型的燒結過程采用特殊的冷卻工藝，充分考慮了hf-ni合金在不同溫度區(qū)間的相變和反應特點，在高溫階段采用較快的冷卻速率，有利于保持燒結體的基本形狀和尺寸穩(wěn)定，避免在高溫下過度的熱變形；在中溫階段采用較慢的冷卻速率，可以降低熱應力，促進ni和hf之間的擴散反應，優(yōu)化組織結構；在低溫階段采用較快的冷卻速率，不僅可以減少在低溫下的長時間熱保持，從而避免再次的熱變形和組織粗化，還有利于鎖定已形成的優(yōu)化組織結構。由此，通過調控冷卻速率，可以在保持燒結體形狀穩(wěn)定的同時，促進合金的組織優(yōu)化，最終獲得性能良好的燒結金屬多孔材料。

39、第二方面，本實用新型的主要目的在于提供水處理方法以及水處理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中廢水處理的工藝較長，能耗較高的技術問題。

40、為了實現(xiàn)上述第二方面的目的，本實用新型首先提供了水處理方法，技術方案如下：

41、水處理方法，包括步驟：

42、對廢水進行預處理，得到固含量、含鹽量和ph滿足電解要求的電解液；

43、將電解液通入電解制氫裝置的電解槽中進行電解處理，分解電解液中的有機物和氨氮并產生氫氣；

44、其中，所述電解制氫裝置的陽極采用上述第一方面所述的燒結金屬多孔材料。

45、作為上述的水處理方法的進一步改進：

46、采用氣浮處理、過濾處理、絮凝沉降處理中的任意幾種處理廢水，得到固含量滿足電解要求的電解液；

47、采用軟化處理、膜分離處理、離子交換處理、電滲析處理中的任意幾種處理廢水，得到含鹽量滿足電解要求的電解液；

48、采用酸性試劑或堿性試劑處理廢水，得到ph滿足電解要求的電解液。

49、作為上述的水處理方法的進一步改進：電解液的固含量≤1mg/l，含鹽量≤15g/l，ph為12～14。

50、作為上述的水處理方法的進一步改進：還包括在電解處理后進行膜分離處理。

51、為了實現(xiàn)上述第二方面的目的，本實用新型其次提供了水處理系統(tǒng)，技術方案如下：

52、水處理系統(tǒng)，包括：

53、預處理單元，用于對廢水進行預處理后得到固含量、含鹽量和ph滿足電解要求的電解液；

54、電解制氫單元，用于對電解液進行電解處理以分解電解液中的有機物和氨氮并產生氫氣；所述電解制氫單元包括電解制氫裝置，所述電解制氫裝置包括電解槽殼體、陽極和陰極；

55、其中，所述電解制氫裝置的陽極采用上述第一方面所述的燒結金屬多孔材料。

56、上述第二方面所述的水處理方法以及水處理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

57、首先，本實用新型直接利用電解制氫裝置對電解液進行電解處理，電解液中的酸根離子在陽極失去電子變成氣體，氣體可以進一步轉化為高活性自由基如羥基自由基·oh、硫氧自由基·so和氯自由基·cl，可以深度氧化去除有機物和氨氮，同時，水在陰極發(fā)生還原反應生成清潔能源氫氣，可以產生較多經濟效益，且采用綠電即可以完全滿足需求，電費較少，由此，實現(xiàn)了在凈化水體的同時顯著提升整體經濟效益。

58、其次，本實用新型僅在電解之前通過預處理對廢水的固含量、含鹽量和ph進行控制，即可達到較高的電解效率，無需復雜、耗時、高能耗和占地大的預處理過程，整體用水量較小，節(jié)約了藥劑費用和后續(xù)處理費用，不引入其他金屬離子。

59、經驗證，本實用新型的水處理方法和水處理系統(tǒng)可以將電解液的cod、bod、氨氮的濃度降低至滿足排放標準，能夠提升后續(xù)的有價資源回收效率和/或除雜效率。

60、第三方面，本實用新型的主要目的在于提供涂料生產廢水的處理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中涂料生產廢水處理的工藝較長，能耗較高的技術問題。

61、涂料生產廢水的處理系統(tǒng)，包括依次連接的：過濾單元，所述過濾單元用于對涂料生產廢水進行過濾并輸出第一液體；絮凝沉降單元，所述絮凝沉降單元用于對第一液體進行絮凝沉降處理并輸出第二液體；所述絮凝沉降單元包括依次連接的第一調節(jié)池和第一沉降池，第一調節(jié)池內設有藥劑投加組件；軟化單元，所述軟化單元用于對第二液體進行軟化處理并輸出電解液；所述軟化單元包括第二調節(jié)池和第二沉降池，第二調節(jié)池內設有第一堿液投加裝置；電解制氫單元，所述電解制氫單元用于對電解液進行電解處理并輸出第三液體；所述電解制氫單元包括電解制氫裝置。

62、作為上述的涂料生產廢水的處理系統(tǒng)的進一步改進：所述過濾單元包括依次連接的格柵和超濾裝置。

63、作為上述的涂料生產廢水的處理系統(tǒng)的進一步改進：所述絮凝沉降單元還包括第一壓濾裝置。

64、作為上述的涂料生產廢水的處理系統(tǒng)的進一步改進：所述第一沉降池為兩個。

65、作為上述的涂料生產廢水的處理系統(tǒng)的進一步改進：所述藥劑投加組件包括pac投加裝置、pam投加裝置和破乳劑投加裝置。

66、作為上述的涂料生產廢水的處理系統(tǒng)的進一步改進：所述第二調節(jié)池內還設有第一ph檢測裝置。

67、作為上述的涂料生產廢水的處理系統(tǒng)的進一步改進：所述軟化單元還包括第二壓濾裝置。

68、作為上述的涂料生產廢水的處理系統(tǒng)的進一步改進：還包括ph調節(jié)單元，所述ph調節(jié)單元包括第三調節(jié)池、第二ph檢測裝置、第二堿液投加裝置和酸液投加裝置，所述第三調節(jié)池用于儲存電解液以及向電解制氫單元輸出電解液。

69、作為上述的涂料生產廢水的處理系統(tǒng)的進一步改進：還包括對第三液體進行膜分離處理的反滲透膜裝置。

70、上述第三方面所述的涂料生產廢水的處理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

71、涂料生產廢水的傳統(tǒng)處理系統(tǒng)采用先芬頓氧化處理、后生化處理(水解酸化+ubf+兩級a/o)的處理方式，生化單元負荷較大，且很難深度去除水中污染物。

72、而本實用新型的處理系統(tǒng)采用電解制氫裝置替換復雜的芬頓氧化處理和生化處理，不僅投入和運行成本顯著降低，而且使得有機物和氨氮被有效去除并生成氫氣資源，綠色環(huán)保且經濟效益顯著提升。在電解制氫裝置之前僅通過過濾單元、絮凝沉降單元和軟化單元處理即可達到電解要求，占地小，投入成本低。可見，與傳統(tǒng)處理系統(tǒng)相比，本實用新型的處理系統(tǒng)的結構簡單，占地、能耗和藥劑用量顯著減小，經濟效益和環(huán)保性顯著提升，具有明顯更強的實用性。

73、下面結合附圖和具體實施方式對本說明書提供的實用新型創(chuàng)造的實施例做進一步的說明.本說明書提供的實用新型創(chuàng)造的實施例附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本說明書提供的實用新型創(chuàng)造的實施例的實踐了解到。