CN102060359A

CN102060359A - 一种电容脱盐模块

Info

Publication number: CN102060359A
Application number: CN 201010543910
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: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2030-11-12
Also published as: CN102060359B

Abstract

一种电容脱盐模块用于去除液体中带电粒子，可用于废水处理和海水淡化等。该电容脱盐模块两端为支撑板(5)，紧挨着两端支撑板(5)的为金属板(6)，在两个金属板之间为多个电极板(3)和垫圈(4)的交替排列，每对电极板间都有一层绝缘膜；两个金属板(6)分别与电源的正负极相连接，电极板(3)置于这两个金属板(6)所形成的电场中，同时各电极板与电源不形成回路，电极板(3)上开有导液孔(7)，与进液口(1)、出液口(2)和电极板(3)之间的间隙形成流道。本发明模块在10-380V的电压下进行工作，从而可以在增大电极板间距的情况下依然产生很强的电场，提高了对离子的吸附效率，减小了能耗，同时也提高了脱附效率。

Description

一种电容脱盐模块

技术领域

本发明为一种去除液体中带电粒子的装置，可用于废水处理和海水淡化等。

背景技术

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在再生过程中生成大量的废酸、废碱等二次废液，另外作为主体的交换树脂造价昂贵，操作成本高，而且设备保养维修复杂。电渗析法缺点是离子交换薄膜在使用过程中可能被毒化，而且在电渗析过程中必需发生水的电解，这无疑会加大处理过程的能耗。反渗透法的主要缺点是存在薄膜毒化和结垢的问题。蒸馏法的主要特点是能耗比较大。电吸附水处理技术使液体通过加有电压的两个电极板，其中的离子和带电颗粒受到电场力的作用向电极板移动，最终被吸附到电极板上，从而实现水的净化。这种方法具有压降小、投资少、能耗低、无二次污染、循环寿命长(10万次以上)和再生容易等优点。

U.S.Pat.No.5200068、U.S.Pat.No.5192432、U.S.Pat.No.5196115、U.S.Pat.NO.5415768、U.S.Pat.No.5547581、U.S.Pat.No.5620597、U.S.Pat.No.5779891等专利，把活性物质(活性炭、炭气凝胶等)粘贴在集电板(石墨纸等)上形成电极板，电极板由绝缘膜隔开，把这些电极板卷起来，形成卷式电吸附水处理模块。这样制作出来的电吸附水处理模块，电极板间的距离很小，同时电极板间的距离也不一样，使得电吸附性能不稳定，电吸附效率比较差。在电吸附水处理模块工作时，为了防止水的电解，外接电压为低于2V。

为了解决卷式电吸附水处理模块所存在的问题，提出了板式电吸附水处理模块，例如U.S.Pat.No.5425858、U.S.Pat.No.5954937、U.S.Pat.No.6309532、U.S.Pat.No.6346187等，在板式电吸附水处理模块中，除了紧挨支撑板的两个电极板为单面电极板外，其他的都是双面电极板，电极板间有绝缘膜隔开，用螺丝钉把支撑板、电极板压紧形成板式电吸附水处理模块。这样电极板间距比较固定，但是电极板间距还是很小。电吸附水处理模块的每个电极板都与外电源相连接，为了防止水的电解，外加电压为0.6-1.2V。

U.S.Pat.No.5538611提出了一种电吸附水处理模块，该模块有支撑板、绝缘膜、集电板、活性炭电极片和垫片组成，每个电极板都与1V的恒压电源相连接，电极板间距为1mm。

U.S.Pat.No.20090255815A1提出一个电吸附水处理模块，中间的一个电极板与电源的负极相连接，而两端的两个电极板与电源的正极相连接，这样在液体流过电吸附水处理模块时，电极板的两个面上带上了相反的电荷。该电吸附水处理模块工作时电流比较小，所以可以适当的提高电吸附水处理模块的电压，在专利中电吸附水处理模块的工作电压为2V。

在国内，CN01127147、CN01127146、CN011261828、CN01245553、CN01245554等专利中，电吸附水处理模块的电极板都与电源相连接，结构比较复杂，降低了工作的可靠性；同时电吸附水处理模块都是在低于水的电解电压的小电压下工作，使得电吸附的速度比较慢，效率比较差。CN200720033254、CN200710019276等专利中，电吸附水处理模块用的是两个配电板，采用串联的供电方式，使得结构得以简化，提高了工作的可靠性，提高了液体的处理能力，不过该种模块还是只能在小于水的电解电压的工作电压下进行工作。

电吸附水处理模块在低于水的电解电压下工作，要想使模块有比较高的吸附效率，就应当使电极板间的电场强度足够大，因为水的电解电压是一定的，所以只能用减小电极板间的距离的办法来增加电极板间的电场强度，电极板间距的减小会使溶液流动的阻力增大，使得能耗增加；同时在脱附过程中，不管是短接脱附还是反接脱附，因为电极板间距比较小，从电极板上脱附下来的离子，很容易就又被吸附到电极板上，使得离子的脱附速率比较慢。所以，现在所制作的电吸附水处理模块都存在者共同的缺点：(1)所加电压要低于水的电解电压；(2)电极板间距离比较小。

发明内容

为了解决电容脱盐模块只能用2V左右的电压，只能用减小电极板间距的方法来增大电场，从而带来脱附慢、能耗高的问题。本发明提供一种新模块，该模块在10-380V的电压下进行工作，从而可以在增大电极板间距的情况下依然产生很强的电场，提高了对离子的吸附效率，减小了能耗，同时也提高了该模块的脱附效率。

该电容脱盐模块包括支撑板5、金属板6、绝缘膜8、电极板3、垫圈4；

电容脱盐模块两端为支撑板5，紧挨着两端支撑板5的为金属板6，在两个金属板之间为多个电极板3和垫圈4的交替排列，在金属板6和电极板3之间加入一层绝缘膜8，与绝缘膜8接触的两个电极板3为单面电极板，其他的都为双面电极板，单面电极板是一片电极片和一片集电板；双面电极板是集电板设在两片电极片之间；每对电极板间都有一层绝缘膜；两个金属板6分别与电源的正负极相连接，电极板3置于这两个金属板6所形成的电场中，电极板3上开有导液孔7，与进液口1、出液口2和电极板3之间的间隙形成流道。

进一步，进液口1和出液口2采用绝缘材料。

进一步，进液口1和出液口2分别开在电容脱盐模块对称的两边。

进一步，电极板间距为0.1-10mm。

进一步，根据外加电压的不同，该电容脱盐模块电极板数为2-20片。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用两个金属板，把10-380V的电压加在这两个平行金属板上，这两个平行金属板间就会产生电场，把电极板置于这个电场中，这样在电极板上都会感应出正负两种电荷，溶液流过电极板表面，溶液中的离子就会吸附在电极板上，同时电容脱盐模块的电极板都不与电源相连接，使得模块与电源不形成回路，从而水在电吸附过程中不会被电解。增大电极板间距、相应的增大电压所形成的电场，要比2V左右电压、1mm间距形成的电场要大，从而提高了电吸附效率，也提高了离子的脱附效率。

本发明的效果是，使模块在10-380V的电压下工作，同时又不会使水电解，提高了离子的吸附效率，在再生过程中，也提高了离子的脱附效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的剖面图

图2是A的放大图

图3为本发明的连线图

图中1.进液口，2.出液口，3.电极板，4.垫圈，5.支撑板，6.金属板，7.导液孔，8.绝缘膜。

具体实施方式

在图1中，两端为支撑板5，紧挨着支撑板5的为金属板6，在两个金属板6之间为电极板3和垫圈4的交替排列，电极板上开有导液孔7，最后用螺钉把两个支撑板5压紧形成电容脱盐模块。进液口1和出液口2与电极板5间形成的空隙以及电极板5上开的导液孔7共同构成流道。液体有进液口1进入电容脱盐模块，依次经过电极板5间的空隙和电极板5上开的导液孔7，最后有出液口2流出，在电容脱盐模块中，流道为蛇形流道，这样可以使液体在模块中流过的距离最长。

图2为A的放大图，最上面是支撑板5，紧挨着支撑板5的为金属板6、再往下为绝缘膜8、电极板3和垫圈4。本发明是要把电极板置于一个电场中，同时又不与电源形成回路，所以金属板6与电极板3之间要绝缘，本发明是通过在金属板6和电极板3间增加了一层绝缘膜8来实现的，进液口1和出液口2采用绝缘材料，使得金属板6与进液口1和出液口2绝缘。在两个金属板6上加上电压，就会在两个金属板6之间形成电场，使每个电极板3都在这个电场之中。

在图3中，两个金属板6分别与电源的正负极相连接，在两个金属板6之间形成电场。为了减小连接电阻，可以把两条引线分别焊接在两个金属板6上。因为加的电压比较大，已经超出了安全电压的范围，所以要使两个电极板与外界绝缘。

进液口1和出液口2采用绝缘材料，保证与金属板6绝缘。

进液口1和出液口2分别开在电容脱盐模块对称的两边，这样可以是液体流过的距离最长，同时也不会减小吸附材料的面积。

两个金属板6与电极板3是绝缘的，本发明是通过在金属板6和电极板3之间增加一层绝缘膜8来实现的。

垫圈4可以防止相邻的电极板3短路，同时垫圈4决定了电极板间距，使电极板3间形成一定空隙，为流道的一部分。

两个金属板6分别与电源相连接，为了减小连接电阻，把两条接线分别焊接在两个金属板6上。

在两个金属板上加高直流电压，电压范围为10-380V。

在本电容脱盐模块中，电极板间距可为0.1-10mm。根据外加电压的不同，该电容脱盐模块电极板数为2-20片。

实施实例

模块1，电极材料为活性炭，垫圈的厚度为2mm，6片电极板，每个电极板都与1.2V的外电源相连接。当浓度为2000μs/cm的溶液以0.6L/h的流速通过该模块时，出水浓度为1433μs/cm。

模块2，电极材料为活性炭，垫圈的厚度为2mm，6片电极板，两个金属板与10V的外电源相连接。当浓度为2000μs/cm的溶液以0.6L/h的流速通过该模块时，出水浓度为1145μs/cm。

模块3，电极材料为活性炭，垫圈的厚度为2mm，6片电极板，两个金属板与20V的外电源相连接。当浓度为2000μs/cm的溶液以0.6L/h的流速通过该模块时，出水浓度为1055μs/cm。

模块4，电极材料为活性炭，垫圈的厚度为2mm，6片电极板，两个金属板与30V的外电源相连接。当浓度为2000μs/cm的溶液以0.6L/h的流速通过该模块时，出水浓度为902μs/cm。

模块1为改进前的电容脱盐模块，模块2、模块3和模块4为改进后的电容脱盐模块，同时模块2、模块3和模块4所加电压也不同，分别为10V、20和30V。对比数据在表1中：

表1

模块	吸附量(mg/g)	吸附时间(min)
			模块1	12.6	77
模块2	19	52
			模块3	21	36
模块4	24.4	27

Claims

1.一种电容脱盐模块，其特征是：该电容脱盐模块包括支撑板(5)、金属板(6)、绝缘膜(8)、电极板(3)、垫圈(4)；电容脱盐模块两端为支撑板(5)，紧挨着两端支撑板(5)的为金属板(6)，在两个金属板之间为多个电极板(3)和垫圈(4)的交替排列，在金属板(6)和电极板(3)之间加入一层绝缘膜(8)，与绝缘膜(8)接触的两个电极板(3)为单面电极板，其他的都为双面电极板，单面电极板是一片电极片和一片集电板；双面电极板是集电板设在两片电极片之间；每对电极板间都有一层绝缘膜；两个金属板(6)分别与电源的正负极相连接，电极板(3)置于这两个金属板(6)所形成的电场中，电极板(3)上开有导液孔(7)，与进液口(1)、出液口(2)和电极板(3)之间的间隙形成流道。

2.根据权利要求1所述的电容脱盐模块，其特征是：进液口(1)和出液口(2)采用绝缘材料。

3.根据权利要求1所述的电容脱盐模块，其特征是：进液口(1)和出液口(2)分别开在电容脱盐模块对称的两边。

4.根据权利要求1所述的电容脱盐模块，其特征是：电极板间距为0.1-10mm。

5.根据权利要求1所述的电容脱盐模块，其特征是：根据外加电压的不同，该电容脱盐模块电极板数为2-20片。