[发明专利]基于三明治结构电极的自吸水自发电式水处理装置和方法

权利要求书

1.一种基于三明治结构电极的自吸水自发电式水处理装置，其特征在于，包括：三明治结构电极、进水箱和产水箱；

所述的三明治结构电极为顺序叠放的空气正极、分隔材料、薄膜负极、分隔材料和空气正极组成的双正极-单负极结构；

所述分隔材料分别与两侧的空气正极和薄膜负极接触用于将空气正极和薄膜负极分隔开，分隔材料的两端裸露于接触面外，一端裸露的两层分隔材料用于置于进水箱的水中，另一端裸露的两层分隔材料与产水箱连通，用于通过分隔材料从进水箱中吸取废水，通过三明治结构电极处理后流至产水箱；

分隔材料为厚度小于或等于1mm的具有吸水性且不导电的多孔薄膜材料；

所述薄膜负极和一个空气正极分别通过导线与用电设备相连，用于对用电设备供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进水箱高于产水箱，且与产水箱之间的高度差为5cm-5m。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述薄膜负极为镁、铁、铝、锌，或镁、铁、铝、锌中任意两种或三种的合金。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述薄膜负极的厚度为0.001mm-0.5mm。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分隔材料为纯棉材质、全涤纶材质的无纺布或者纸张。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分隔材料的厚度为0.1mm-1mm。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气正极包括空气扩散层、集流体、导电活性层和正极催化层，所述空气扩散层位于空气端，正极催化层位于分隔材料端；所述空气正极厚度为0.5mm-1mm。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述空气扩散层为聚四氟乙烯涂层；所述集流体为钛网、镍网、泡沫镍、碳布或碳毡的导电多孔基体，所述导电活性层为活性炭、炭黑、石墨烯、石墨粉，或活性炭、炭黑、石墨烯、石墨粉的复合物；所述的正极催化层为Ir氧化物、Ru氧化物、Co氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Pt、炭黑，或Ir氧化物、Ru氧化物、Co氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Pt、炭黑的复合物。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三明治结构电极为平板结构或多层卷式结构。

10.一种应用1-9任一权利要求所述的基于三明治结构电极的自吸水自发电式水处理装置的方法，其特征在于，包括：

将三明治结构电极一端裸露的两层分隔材料置于进水箱的废水中，另一端裸露的两层分隔材料与产水箱连通，通过自吸水效应从进水箱将废水从分隔材料首端经过三明治结构电极，最终经过分隔材料的末端滴入产水箱；在处理过程中，废水中大颗粒物质与胶体产生浊度的物质通过分隔材料的过滤作用被去除；

薄膜负极在废水和空气正极的作用下，发生自腐蚀反应，产生的金属离子与废水中的磷酸根反应产生金属磷酸盐沉淀，同时金属离子还会产生金属氢氧化物胶体对废水中的溶解性污染物进行絮凝并去除；

薄膜负极通过自腐蚀作用产生的电子经过用电器在迁移到空气正极上，进一步与空气中氧气发生还原反应，最后产生电流对用电设备供电；

金属氢氧化物胶体通过粘附附着在分隔材料上，待薄膜负极消耗完之后，对所述分隔材料回收。