CN101973608A

CN101973608A - 一种电吸附水处理模块

Info

Publication number: CN101973608A
Application number: CN 201010543924
Authority: CN
Inventors: 曹兵; 孟庆函; 张志超
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: CN101973608B

Abstract

一种电吸附水处理模块属于废水处理领域。该电吸附水处理模块的两端分别为支撑板(3)，在两个支撑板(3)间为电极板(5)和垫圈(4)的交替排列，电极板(5)包括电极片(8)和集电板(7)；每对两个电极板(5)间有绝缘膜并设置挡板(9)，最后把两端的支撑板(3)压紧形成电吸附水处理模块；最上面和最下面的电极板(5)分别与电源的正负极相连接。在本发明中，电吸附水处理模块只有最上面与最下面的两个电极板与电源相连接，加相对比较大的电压，形成强的电场，使吸附效率增大；使工作电压和工作电流更加平衡，使吸附更稳定。

Description

一种电吸附水处理模块

技术领域

本发明涉及一个通过电吸附作用去除水中离子的模块，该模块对废水处理和海水淡化都有巨大的潜力。

背景技术

随着社会的发展，水资源越来越受到人们的关注。淡水资源是有限的，对废水的回收利用就显得尤为重要。现在对废水进行处理的主要方法有：离子交换法、电渗析法、蒸馏法和反渗透法。离子交换法的主要特点是技术成熟，但在再生过程中生成大量的废酸、废碱等二次废液；电渗析法和反渗透法的主要缺点是存在薄膜毒化的，而蒸馏法的主要特点是能耗比较大。

为了克服以上缺点，电吸附水处理技术越来越受到关注。电吸附水处理技术就是在电极上加上电压，当含有离子的液体从电极板之间流过时，液体中的正离子向负极移动，而液体中的负离子向正极移动，最终吸附到电极板上，从而实现液体的净化脱盐。吸附饱和后，把电极板反接或短接来实现其再生。

U.S.Pat.No.006309532B1等所述电吸附水处理模块，有电极板、支撑板、垫片、绝缘膜和螺丝钉等组成，每对电极板间有绝缘膜隔开，把支撑板和电极板用螺丝钉压紧形成电吸附水处理模块。每个电极板都与外电源相连接，电极板之间的空隙形成流道，在该种模块中，流道都为蛇形流道，这样液体在模块的流过的距离才最长。在螺丝钉压紧的过程中，由于受力的不同，垫片的变形也不同，使得电极板间距也就不一样，同时，由于受力的不同，电极板也会出现变形，也会影响电极板间距。

U.S.Pat.No.20090255815A1中，中间的电极板与外电源的负极相连接，两端的两个电极板与外电源的正极相连接，每个电极板上都开有许多圆形的小孔，小孔在电极板上排列成圆形，小孔的面积应该占总面积的7％-15％，上下两个电极板上开的小孔不是正对着，而是错开着的。在液体流过的过程中，电极板的两面带上了相反的电荷，从而对液体中的离子进行了吸附，提高了吸附效率。但是也存在受力不平衡，使得极板间距不一致的问题。

U.S.Pat.No.20090218227A1中，电极片不是用导电胶粘到集电板上，而是把电极片与集电板压紧，使其紧密接触，减小了接触电阻，增加了吸附效率。同时垫片上带有挡板，组装成电吸附水处理模块后，液体进入模块后，是沿着挡板的方向流动，从而使得液体在模块中流动的距离增大，流动的时间增长，使得吸附效率增加。该模块每个电极板都与外电源相连接，使得接触电阻比较大，同时电极板与外电源相连接的地方也是最容易破坏的地方，电吸附水处理模块的组装应当尽量减少电极板与电源的连接个数。

CN01127147、CN01127146、CN00261828、CN0124553、CN0124554等专利中，电吸附水处理模块的每个电极板都与电源相连接，结构复杂，可靠性低，在每两个电极板所形成的流道中，都填有可以使离子通过的离子交换树脂，使得液体流动的阻力增大，增加了能耗。CN2007200332、CN200710019276等专利中，电吸附水处理模块中只有两个配电板与电源相连接，由于采用了串联的供电方式，使得工作电流减小，提高了模块工作的可靠性，同样在电极板所形成的流道中，填有可使离子通过的离子交换树脂。

影响电吸附水处理模块性能的主要因素有：电吸附材料、流动方式和流道。电吸附材料主要有活性炭、碳气凝胶、碳纳米管等等具有大比表面积的物质。把电极片与集电板用导电胶粘贴在一起或者用外力压紧使其形成双面电极板，两个电极板之间为溶液流过的通道。现在电吸附模块通用的为蛇形流道，但在液体流速不大的情况下，液体在流道中流动的很平缓，搅拌作用很有限，使得离子的吸附效率并不高；同时，电极板间距的不一致，也使得电吸附效率下降。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种高效、节能的电吸附水处理模块。

本发明的改进之处在于其连接方式，以前的电吸附水处理模块的电极板都与电源相连接，而现在所制作的电吸附水处理模块，只有最上面和最下面的电极板与电源直接相连接，中间的电极板由与电源直接相连接的电极板感应出电荷，从而使该模块的工作电压和工作电流更加平衡，使得吸附效果更高。

一种电吸附水处理模块，其特征在于：该电吸附水处理模块的两端分别为支撑板3，在两个支撑板3间为电极板5和垫圈4的交替排列，电极板5包括电极片8和集电板7。紧挨着支撑板3的两个电极板5为单面电极板，其它的都是双面电极板，单面电极板是一片电极片8和一片集电板7；双面电极板是集电板7设在两片电极片8之间；每对两个电极板5间有绝缘膜并设置挡板9，最后把两端的支撑板3压紧形成电吸附水处理模块。最上面和最下面的电极板5分别与电源的正负极相连接，电极板5上开有使液体流过的导液孔6，与两个电极板5之间形成的空隙共同形成流道，以及与两端的支撑板3上的进液口1和出液口2形成流道。

电极片8为活性炭、碳气凝胶或碳纳米管；集电板7是石墨板、石墨纸或钛板；，垫圈4采用绝缘材料。

绝缘膜为聚丙烯、聚乙烯单层微孔膜或者由聚丙烯和聚乙烯复合的多层微孔膜。

挡板9与电极板5的接触面积应小于电极板5面积的10％。

在电吸附水处理模块的组装压紧过程中，由于受力的不同，从而使每个垫片的变形也不同，电极板也会出现不同的变形，这样就使得电极板之间的距离不一致，使用固定的电压就会使得电吸附效率降低。在电吸附过程中，液体在电吸附水处理模块中流过的距离越长，吸附的效果就越好，所以提高液体在流道中流过的距离也能提高吸附效率。针对以上影响电吸附的因素，本发明在流道中设置挡板解决以上问题。在流道中设置挡板，第一可以起到支撑作用，固定电极板间的距离，同时可以抑制电极板的变形。第二可以使液体顺着挡板流动，使液体在装置中流过的路径更长，在流道中设置挡板能显著提高电吸附水处理模块的吸附效率。

附图说明

图1、电吸附水处理模块的剖面图

图2、电极板示意图图3、电极板的分解图

图4、电吸附水处理模块的接线方式图

图中1.进液口，2.出液口，3.支撑板，4.垫圈，5.电极板，6导液孔，7.集电板，8.电极片，9.挡板。

具体实施方式

下面会具体介绍该专利的细节，并根据相应的图来具体介绍其实施方法。

图1电吸附水处理模块的剖面图，电吸附水处理模块包括电极板5、垫圈4和支撑板3。电极板5和垫圈4在两支撑板3间交替排列，最后两个支撑板3把电极板5和垫圈4压紧形成电吸附水处理模块。每两个电极板5之间都有一定间距，间距的大小有垫圈4来决定。电极板5上开有使液体流过的导液孔6，与两个电极板5之间形成的空隙共同形成流道。在每两个电极板之间设置了挡板9，当液体有进液口1进入电吸附水处理模块后，溶液沿着挡板9的方向流过两个电极板5之间形成的流道，从而使液体流过的路径最长，使吸附效率增大，最后液体有出液口2流出。

图2为电吸附水处理模块的电极板剖面图，有图可知，该电吸附水处理模块的电极板5包括电极片8、集电板7，其中在集电板上上开有使液体流过的导液孔6，用导电胶把电极片8粘贴到集电板7上，形成双面电极板5。

图3为两个相邻电极板的分解图，下上为两个电极板5，中间为垫圈4和挡板9。两个电极板上在相反的方向上开有导液孔6，使得液体在其中按“Z字”形的流动，导液孔6与电极板的空隙形成流道，在流道中设置挡板9，挡板9采用绝缘材料，强度大，液体在两个电极板5间空隙流动时顺着挡板9流动，这就使得液体不光在整个电吸附水处理模块中按蛇形流道流动，在两个电极板5之间液体也是按蛇形流道流动，使得液体在电吸附水处理模块中流过的路程更长，提高了电吸附水处理模块对液体中离子的吸附效率；同时由于挡板9的存在，使得整个电吸附水处理模块在组装压紧过程中，垫圈4的变形比较均匀，从而能够抑制电极板5的变形，这就使得整个电吸附水处理模块的流道比较均匀，可以大大提高电吸附水处理模块的吸附效率。

图4为电吸附水处理模块与电源连接方式图。在本发明中，电吸附水处理模块只有最上面与最下面的两个电极板与电源相连接，假设最上面的电极板与正极相连接，则最下面的电极板与电源的负极相连接，与正极相连接的电极板带正电荷，那么与它相邻的电极板的相邻面则会被感应出负电荷，此电极板的另一面相应的带正电荷，以此类推，中间的所有电极板都同时带有正电荷和负电荷。这样一方面在电压加的相对大的情况下，电流也会很小，水不会被电解，所以可以加相对比较大的电压，形成强的电场，使吸附效率增大。另一方面，可以使工作电压和工作电流更加平衡，使吸附更稳定。

实施实例

模块1，电极材料为活性炭，垫圈的厚度为2cm，电压为1.2V，10片电极板，电极板间设有挡板，只有最上端和最下端两个电极板与电源相连接。当浓度为2000μs/cm的溶液以0.6L/h通过该模块时，出水浓度为861μs/cm。

模块2，电极材料为活性炭，垫圈的厚度为2cm，电压为1.2V，10片电极板，电极板都与电源相连接。当浓度为2000μs/cm的溶液以0.6L/h通过该模块时，出水浓度为1227μs/cm。

模块1是按本发明制作的电吸附水处理模块，模块2为对比模块，对比数据在表1中。

表1

模块	吸附量(mg/g)	吸附时间(min)
			1	10.3	90
2	15.2	65

Claims

1.一种电吸附水处理模块，其特征在于：该电吸附水处理模块的两端分别为支撑板(3)，在两个支撑板(3)间为电极板(5)和垫圈(4)的交替排列，电极板(5)包括电极片(8)和集电板(7)；紧挨着支撑板(3)的两个电极板(5)为单面电极板，其它的都是双面电极板，单面电极板是一片电极片(8)和一片集电板(7)；双面电极板是集电板(7)设在两片电极片(8)之间；每对两个电极板(5)间有绝缘膜并设置挡板(9)，最后把两端的支撑板(3)压紧形成电吸附水处理模块；最上面和最下面的电极板(5)分别与电源的正负极相连接，电极板(5)上开有使液体流过的导液孔(6)，与两个电极板(5)之间形成的空隙共同形成流道，以及与两端的支撑板(3)上的进液口(1)和出液口(2)形成流道。

2.根据权利要求1所述的电吸附水处理模块，其特征在于：电极片(8)为活性炭、碳气凝胶或碳纳米管；集电板(7)是石墨板、石墨纸或钛板；垫圈(4)采用绝缘材料。

3.根据权利要求1所述电吸附水处理模块，其特征在于：绝缘膜为聚丙烯、聚乙烯单层微孔膜或者由聚丙烯和聚乙烯复合的多层微孔膜。

4.根据权利要求1所述电吸附水处理模块，其特征在于：挡板(9)与电极板(5)的接触面积小于电极板(5)面积的10％。