本发明涉及固氮合成氨领域，针对缺乏小型化、高转化效率的固氮合成氨装置的问题，提供一种固氮单元及其封装方法、并联矩阵式固氮装置。固氮单元包括依次相邻的阴极电解室、电催化剂、阴离子交换层、铂片电极、阳极电解室，所述阴极电解室设有阴极流道，阴极流道贯穿阴极电解室；所述阳极电解室设有阳极流道，阳极流道贯穿阳极电解室；阴极流道和阳极流道的内径均小于1.0 mm。将单个固氮装置依次并联固定，形成并联矩阵式固氮装置。利用流道促进电催化反应，利用并联矩阵结构增强反应放大效果，最终集成为固氮工厂，改善传统高耗能、高排放问题的同时，大幅提升污水的处理能力。本发明还提供固氮单元的封装方法。