CN101450832B - 海水或含离子液体的处理方法及处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海水或含离子液体的处理方法，旨在提供一种能够打散离子与水分子的整体结构，减小液体处理所需作用力的含离子液体的处理方法及装置。该方法包括下述步骤：对液体处理通道内的海水或含离子液体进行微波照射，同时对分别位于液体处理通道进液口和出液口处的电极施加直流脉冲电压，并施加垂直于电场方向的磁场，使海水或含离子液体中的正、负离子沿安培力方向运动，并穿过水分子形成淡水层和浓盐水层或形成低离子浓度液体层和高离子浓度液体层。用微波照射海水或含离子液体，可以有效地削弱离子与水分子之间的相互作用，减小海水淡化或含离子液体处理所需要的作用力。

Description

海水或含离子液体的处理方法及处理装置

技术领域

本发明涉及海水或含离子液体的处理领域，更具体的说，是涉及一种利用微波、电场和磁场的同时作用去除海水或含离子液体中盐份或离子的方法及实现该方法的装置。

背景技术

海水淡化又称海水脱盐，是除去海水中的盐份获得淡水的一种工艺。近几年利用电磁法进行海水淡化逐渐得到广泛关注。

专利申请号为200410070197.2，发明创造名称为《电-磁海水淡化方法及其装置》是通过在电离室内安装正、负电极，施加直流电以后使进入电离室的海水(水柱)中的正、负盐离子在电极附近聚集，海水继续流入分离室，分离室外部的磁体在分离室内形成与水流方向垂直的匀强磁场，在磁场作用下盐离子偏离水柱，海水继续流入收集室后浓盐水和淡水分别引出。该发明存在的问题是：在电离室里，如果电极不绝缘以电解的方式进行，则正、负盐离子分别在电极的负极和正极得到电子和失去电子后变成不带电荷的中性粒子，中性粒子不会在电极附近聚集，使盐离子与水分子的分离无法继续进行。如果电极绝缘以纯电场方式进行，则正、负盐离子分别在负极和正极附近聚集成带正电和带负电的薄层，薄层的电场与电极的电场大小相等方向相反，使海水内部合电场强度为零，盐离子与水分子的分离也无法继续进行。

专利号为03103254.0，发明创造名称为《电磁式海水淡化装置》的专利申请是通过交流电产生变化的磁场，利用盐离子与磁场之间的相对运动使盐离子向水道的两侧偏转，形成水道两侧是含正、负盐离子的浓盐水，中间是淡水，分别引出，实现海水淡化。该发明存在的问题是：正、负盐离子分离后形成的薄层的电场将抵消变化磁场的作用，使盐离子与水分子的分离无法继续进行。

电磁法进行海水淡化需要面对很多困难，水是极性分子，像所有电偶极子一样，一端带正电荷，一端带负电荷。海水中的盐离子也都是带电粒子，水分子之间，水分子与盐离子之间存在很强的作用力，使构成海水的水分子和盐离子具有整体性，呈空间网格结构，盐离子均匀地分布在水分子间，盐和水分的离非常困难。要实现电磁法海水淡化必须解决两个问题：1、打散海水的整体结构，消除盐离子的束缚状态；2、产生海水淡化所需要的足够强的作用力。

含离子的液体中离子与水分子之间的结合力与海水或含离子液体中的盐离子与水分子的结合力相同，目前还没有利用电磁方法进行含离子液体的处理。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种能够对离子产生强大安培力，同时打散海水中盐离子与水分子的整体结构，消除海水中离子的束缚状态，减小海水淡化所需作用力的海水淡化方法，或者，打散含离子液体中各种离子与水分子的整体结构，消除含离子液体中其它离子的束缚状态，减小含离子液体处理所需作用力的含离子液体的处理方法。

本发明的另一个目的是提供一种能够实现上述目的，而且，结构简单，处理效果好的海水或含离子液体的处理装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种海水或含离子液体的处理方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将海水或含离子液体注入液体处理通道内，对液体处理通道内的海水或含离子液体进行微波照射，通过微波的作用，减小水分子与离子之间的作用力，同时对分别位于液体处理通道进液口和出液口处的电极施加直流脉冲电压，并施加垂直于两电极形成的电场方向的磁场，通过互相垂直的电场和磁场对离子产生的安培力的作用，使海水或含离子液体中的正、负离子沿安培力方向运动，并穿过水分子形成淡水层和浓盐水层或形成低离子浓度液体层和高离子浓度液体层；

(2)在液体处理通道的出液口分别收集淡水和浓盐水或低离子浓度液体和高离子浓度液体，实现海水淡化或含离子液体的处理。

对电极施加的直流脉冲电压为1-50千伏，脉冲频率为5-200赫兹，脉冲宽度为10至300微秒，形成磁场的磁体的磁感应强度为0.3-1特斯拉。

一种海水或含离子液体的处理装置，其特征在于，包括无磁、能反射微波的金属材料外壳，在外壳内部固定有液体处理通道，在外壳内部固定有作用于液体处理通道的微波发生器，在液体处理通道两侧分别固定有N、S极相对的强磁体，在液体处理通道的进液口和出液口处分别固定有负电极和正电极，两电极分别与直流脉冲电源连接；两电极形成的电场方向与两强磁体形成的磁场方向相互垂直，在液体处理通道出液口处固定有分液板。外壳的截面最好为工字形。

在液体处理通道内沿液体处理通道长度方向固定有隔离网。

直流脉冲电源产生的脉冲频率为5-200赫兹，脉冲宽度为10至300微秒，直流脉冲电源的输出电压为1-50千伏，两强磁体的磁感应强度为0.3-1特斯拉。

液体处理通道的材料为透射微波但不吸收微波的工程塑料，电极分别为钛金板或石墨，所述外壳为无磁不锈钢板；所述强磁体为钕铁硼磁铁。

海水或含离子液体处理通道的长度为0.5-3米。

所述电极包括电极极板本体，所述电极极板本体上设置有多个过水孔。

本发明具有下述技术效果：

本发明的海水淡化或含离子液体的处理方法和处理装置是将微波、强磁场和脉冲强电场同时作用于海水或含离子液体，利用海水或含离子液体中的水分子对微波吸收强烈的特性，用微波作用于海水或含离子液体，使水分子强烈振动，减小水分子与离子之间的作用力。同时，通过强磁场和脉冲电流对离子产生强大的安培力，使海水或含离子液体中的正、负离子沿安培力方向运动，穿过水分子形成淡水层和浓盐水层，或低离子浓度液体层和高离子浓度液体层，再通过分液板将两种液体分离开来，分别引出，实现海水淡化及含离子液体的处理。本发明具有以下优点：

1、用微波照射海水或含离子液体，由于水分子对微波的吸收非常强烈，可以有效地削弱离子与水分子之间的相互作用，减小海水淡化或含离子液体处理所需要的作用力。

2、强磁场和大脉冲电流的同时作用能够产生强大的安培力。

3、由于电极面积小，脉冲电流作用时间短，可以最大限度地减少电解物质的产生，消弱电解物质对海水淡化或含离子液体处理的影响，不需要增加电解物质处理设备。

4、采用钕铁硼磁铁作为强磁体和采用脉冲电流作为工作电流可以大幅度降低设备的电功率，减小设备投资，降低运行成本。

5、在液体处理通道里，盐离子仅须沉淀几厘米到十几厘米距离就可以形成淡水层和浓盐水层，缩短了水处理时间，提高了海水淡化和含离子液体处理的效率。

6、本发明的设备结构简单，容易实现，投资少；能耗低，运行成本低，产量高。

附图说明

图1为本发明海水或含离子液体的处理装置的立体分解图(无外壳)；

图2外壳截面为工字型的海水或含离子液体的处理装置的结构侧示图；

图3工字形外壳的示意图；

图4为液体处理通道中正、负离子运动情况示意图。

图5为过水孔为矩形的电极示意图；

图6为过水孔为圆形的电极示意图。

图中：

1、进液口         2、液体处理通道  3-1、电极         3-2、电极  4、隔离网

5、分液板         6、第一出液口    7、第二出液口     8-1、强磁体

8-2、强磁体       9、微波发生器    10、直流脉冲电源  11、外壳

12、电极极板本体  13、过水孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明详细说明。

本发明海水或含离子液体的处理方法包括下述步骤：用水泵将海水或含离子液体注入液体处理通道内，对液体处理通道内的海水或含离子液体进行微波照射，通过微波的作用减小水分子与离子之间的作用力，同时对分别位于液体处理通道进液口和出液口处的电极施加直流脉冲电压，并沿与两电极形成的电场的垂直方向施加磁场的作用，通过互相垂直的电场和磁场对离子产生的安培力使海水或含离子液体中的正、负离子沿安培力方向运动，穿过水分子形成淡水层和浓盐水层或形成低离子浓度液体层和高离子浓度液体层。在液体处理通道的出液口分别收集淡水和浓盐水或低离子浓度液体和高离子浓度液体，实现海水淡化或含离子液体的处理。

为了加强水处理的效果，对阴、阳电极施加的直流脉冲电压最好为1-50千伏，脉冲频率为5-200赫兹，脉冲宽度为10至300微秒，强磁体的磁感应强度为0.3-1特斯拉。磁体的磁感应强度较强，可适当选择较低的脉冲电压；磁体的磁感应强度较弱，可适当选择较高的脉冲电压。微波的频率选用水分子吸收强烈的频率，如915兆赫或2450兆赫或其它水分子吸收强烈的频率。

本发明实现上述海水或含离子液体的处理方法的处理装置包括外壳，在外壳内部固定有液体处理通道，在外壳内部固定有作用于液体处理通道的微波发生器，在液体处理通道相对的两侧分别固定有N、S极相对的强磁体，在液体处理通道的进液口和出液口处分别固定有正电极和负电极，两电极分别与直流脉冲电源连接。两电极形成的电场方向与两强磁体形成的磁场方向相互垂直。在液体处理通道出液口处固定有分液板。分液板的作用是在出液口处将不同浓度的液体分别引出，其设置方向需要根据安培力的方向确定。根据实际生产需要，分液板可以是一个，也可以是两个或多个。当使用一个分液板时，将出液口分隔成第一出液口和第二出液口。一个出液口用于出淡水或低离子浓度液体。另一个出液口出浓盐水或高离子浓度液体。使用两个分液板时，在海水淡化时，将出水口分成三部分，上面出淡水，中间出盐水，下面出卤水(饱和浓盐水)。卤水可以直接用来制盐和提取其它化工产品，有利于降低成本和提高效益。

为了防止微波泄漏，同时防止外壳对磁场分布的影响，外壳应由无磁、能反射微波的金属材料制成。位于液体处理通道两侧的强磁体可以固定在外壳外部，也可以固定在外壳的内部，最好固定在外壳的外部，当固定在外壳内部时，强磁体应该用反射微波材料制成的外壳包裹，防止强磁体吸收微波后温度升高引起磁体退磁。第一出液口和第二出液口需要根据安培力的方向确定是淡水出口(低离子浓度液体出口)或浓盐水出口(高离子浓度液体出口)。

电极包括电极极板本体，所述电极极板本体上设置有多个过水孔。

强磁体可选用钕铁硼磁铁，磁感应强度可在0.3至1特斯拉之间适当选择。直流脉冲电源的输出电压可在1千伏到50千伏之间选择，若强磁体的磁感应强度较低，则要求直流脉冲电源的输出电压较高；若强磁体的磁感应强度较高，直流脉冲电源的输出电压可适当降低。脉冲频率5至200赫兹，脉冲宽度10至300微秒。微波发生器的微波频率应选择水分子吸收强烈的频率，例如：915兆赫，2450兆赫等。

为了使外壳内部以及液体处理通道内的磁场最强最均匀，外壳的截面最好为工字型。下面以截面为工字型的外壳为最佳实施例对本发明做进一步说明。

本发明截面为工字型外壳的处理装置的示意图如图1和图2所示，包括无磁、能反射微波的金属材料的工字型外壳11，在外壳内部固定有液体处理通道2，液体处理通道的长度一般0.5-3米。为了获得比较强的匀强磁场，液体处理通道应位于工字型外壳凹陷处的内侧，并与外壳紧密接触。在外壳内部液体处理通道上、下两侧分别固定有微波发生器9，在外壳凹陷处外部两侧与液体处理通道相应的位置固定有N、S极相对的强磁体8-1、8-2，强磁体与外壳紧密接触。液体处理通道部分参见图1，在液体处理通道的进液口1和出液口处分别固定有负电极3-1、3-2和正电极，两电极分别与直流脉冲电源10连接。两电极形成的电场方向与两强磁体形成的磁场方向相互垂直。在液体处理通道的出液口处固定有将出液口分隔成第一出液口6和第二出液口7的分液板5。为了使安培力的方向向下，以便使通道中的离子向下运动，最好是进液口处的电极3-1为负电极，出液口处的电极3-2为正电极，强磁体8-1为N极，强磁体8-2为S极，用右手定则确定安培力的方向向下。图3是液体处理通道中正、负离子在强磁场和脉冲强电场作用下的运动情况示意图，当海水或含离子液体从进液口进入液体处理通道后，液体中正、负离子受到强磁场和脉冲强电场的共同作用，在电场作用下，正离子向负极方向运动，负离子向正极方向运动，同时，在安培力作用下，正、负离子向下运动，沉淀形成淡水层和浓盐水层或低浓度离子液体层和高浓度离子液体层。图3给出了正离子和负离子的运动轨迹。在水流的推动下，正、负离子随同液体一起向出液口方向运动，到达出液口处时，淡水或低离子浓度液体由位于上边的出液口排出，浓盐水或高离子浓度液体由位于下边的出液口排出。分液板的位置最好是可调的，可以根据淡水与浓盐水的分层情况调整分液板的高度，改变淡水出液口和浓盐水出液口的截面比例，调控淡水和浓盐水的流量，使设备处在最佳工作状态。液体处理通道是由透射微波且不吸收微波的工程塑料制成。液体处理通道和微波发生器都封闭在“工”字形金属外壳里，目的是保证微波充分照射液体处理通道和防止微波泄露。强磁体分别位于“工”字形金属外壳凹陷处的外侧，强磁体、“工”字形金属外壳和液体处理通道密切接触，保证液体处理通道内存在较强的匀强磁场和强磁体不受微波辐射。金属外壳由无磁的、反射微波强烈的金属制成。例如，无磁不锈钢板。电极由耐海水腐蚀的导电材料制成，例如钛金板、石墨。

在海水淡化过程中，盐离子沉淀形成浓盐水层以后，如果含盐量过高，带电的正、负盐离子可能结合成不带电的盐分子，也可能进一步结晶成一些小的盐颗粒，安培力对盐分子没有压力，盐颗粒可能被湍流重新卷进淡水层，从而降低装置的海水淡化效果。为此，在液体处理通道内沿液体处理通道长度方向固定有隔离网4。隔离网的作用是尽可能阻止盐分子或盐颗粒被湍流卷回淡水层。隔离网用耐盐腐蚀的材料制成，例如塑料。

为了便于液体的流动，在电极的极板本体12上设置有多个过水孔13。电极的示意图如图5和图6所示。

水泵将海水或含离子液体由液体处理通道2的进液口1泵入液体处理通道2接收微波照射。同时，液体处理通道2两侧的强磁体8-1、8-2在液体处理通道2内形成匀强磁场，直流脉冲电源10产生的脉冲电压加在两电极3-1、3-2上，在海水或含离子液体内形成大电流，电流方向与匀强磁场方向相互垂直，在强磁场和大电流的共同作用下，液体处理通道2内形成强大的安培力。安培力只对海水或含离子液体中带电的离子有作用，对水分子没有作用力，调整磁场方向和电流方向，使安培力方向向下，海水或含离子液体中的离子受到安培力的作用向下运动，在海水或含离子液体的上部形成淡水层或低浓度离子液体层，下部形成浓盐水层或高浓度离子液体层，淡水和浓盐水或低浓度离子液体和高浓度离子液体分别被分液板5分开后分别从第一出液口6和第二出液口7流出，实现海水淡化或含离子液体处理。

微波发生器9位于液体处理通道2的上方和下方，产生的微波透过液体处理通道2的壁作用于海水或含离子液体，水分子吸收微波以后强烈振动，削弱了水分子与离子之间的作用力，提高了设备水处理的效果。

Claims (8)

1.一种海水或其他含离子液体的处理方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将海水或其他含离子液体注入液体处理通道内，对液体处理通道内的海水或其他含离子液体进行微波照射，通过微波的作用，减小水分子与离子之间的作用力，同时对分别位于液体处理通道进液口和出液口处的电极施加直流脉冲电压，并施加垂直于两电极形成的电场方向的磁场，通过互相垂直的电场和磁场对离子产生的安培力的作用，使海水或其他含离子液体中的正、负离子沿安培力方向运动，并穿过水分子形成淡水层和浓盐水层或形成其他低离子浓度液体层和高离子浓度液体层；

(2)在液体处理通道的出液口分别收集淡水和浓盐水或其他低离子浓度液体和高离子浓度液体，实现海水淡化或其他含离子液体的处理。

2.根据权利要求1所述的海水或其他含离子液体的处理方法，其特征在于，对电极施加的直流脉冲电压为1-50千伏，脉冲频率为5-200赫兹，脉冲宽度为10至300微秒，形成磁场的磁体的磁感应强度为0.3-1特斯拉。

3.一种海水或其他含离子液体的处理装置，其特征在于，包括无磁、能反射微波的金属材料外壳，在外壳内部固定有液体处理通道，在外壳内部固定有作用于液体处理通道的微波发生器，在液体处理通道两侧分别固定有N、S极相对的强磁体，在液体处理通道的进液口和出液口处分别固定有负电极和正电极，两电极分别与直流脉冲电源连接；两电极形成的电场方向与两强磁体形成的磁场方向相互垂直，在液体处理通道出液口处固定有分液板。

4.根据权利要求3所述的海水或其他含离子液体的处理装置，其特征在于，在液体处理通道内沿液体处理通道长度方向固定有隔离网。

5.根据权利要求3或4所述的海水或其他含离子液体的处理装置，其特征在于，直流脉冲电源产生的脉冲频率为5-200赫兹，脉冲宽度为10至300微秒，直流脉冲电源的输出电压为1-50千伏，两强磁体的磁感应强度为0.3-1特斯拉。

6.根据权利要求3所述的海水或其他含离子液体的处理装置，其特征在于，液体处理通道的材料为透射微波但不吸收微波的工程塑料，电极分别为钛金板或石墨，所述外壳为无磁不锈钢板；所述强磁体为钕铁硼磁铁。

7.根据权利要求3所述的海水或其他含离子液体的处理装置，其特征在于，所述液体处理通道的长度为0.5-3米。

8.根据权利要求3所述的海水或其他含离子液体的处理装置，其特征在于，所述电极包括电极极板本体，所述电极极板本体上设置有多个过水孔。

Images