CN102256904B - 离子交换装置及其离子交换材料的再生方法 - Google Patents

Abstract

电化学装置(10)包括电化学电池(11)。所述电化学电池包括复合阳离子交换构件(12)，包括导电基质和与所述导电基质物理接触的阳离子交换材料；复合阴离子交换构件(14)，包括导电基质和与所述导电基质物理接触的阴离子交换材料；和在所述复合阳离子交换构件与所述复合阴离子交换构件之间的隔室(16)。所述隔室包括用于引入进料流的入口和用于从所述隔室中引出输出流的出口。所述电化学装置包括控制装置(17)，其经构造以在再生阶段以在所述复合阳离子交换构件上的导电基质失去电子且在所述复合阴离子交换构件上的导电基质获得电子的方式传输电流到所述复合阳离子交换构件和所述复合阴离子交换构件。

Description

离子交换装置及其离子交换材料的再生方法

背景

概括地讲，本发明的实施方案涉及离子交换技术，且更详细地讲，涉及利用离子交换材料的离子交换装置及所述离子交换材料的再生方法。

离子交换材料用以除去或替换溶液中的溶解的固体、离子或其他带电物质，例如用于生产高纯度水、使废水去离子或水软化。离子交换材料通常包括两种类型，即阳离子交换材料和阴离子交换材料，两种类型通常为固体或凝胶，其包含可替换的离子，或可与溶液中的特定离子发生化学反应。

当离子交换材料用从源溶液中提取的离子饱和时，离子交换材料就不能再进行离子交换或产生低效离子交换。因此，离子交换材料需要再生以从离子交换材料中除去提取的离子。离子交换材料的一种常规再生方法为化学方法，其具有对于阳离子交换材料使用酸性溶液或浓盐溶液(例如饱和氯化钠溶液)和对于阴离子交换材料使用碱性溶液以替换提取的离子的漂洗步骤。然而，为了使离子交换材料完全再生，所述酸性溶液和碱性溶液通常包含过量的离子，其产生废酸或废碱，废酸或废碱被视为有害废物且在排放到环境中之前需要额外处理。离子交换材料的另一常规再生方法为电化学方法，其在直流电下将水分解成H⁺和OH^-，随后由H⁺和OH^-使离子交换材料再生。类似于关于化学方法的讨论，为了使离子交换材料完全再生，产生的H⁺和OH^-通常是过量的，因此产生废酸或废碱。另外，电解或水分解工艺由于低效电化学水分解而消耗相当多的电力。

总之，常规离子交换树脂再生方法效率低且成本高。可能希望有不同于那些常规组件和方法的离子交换装置和再生方法。

发明简述

本发明的一方面公开了电化学装置。所述电化学装置包括电化学电池。所述电化学电池包括复合阳离子交换构件，包括导电基质和与所述导电基质物理接触的阳离子交换材料；复合阴离子交换构件，包括导电基质和与所述导电基质物理接触的阴离子交换材料；和在所述复合阳离子交换构件与所述复合阴离子交换构件之间的隔室。所述隔室包括用于引入进料流的入口和用于从隔室中引出输出流的出口。所述电化学装置包括控制装置，其经构造以在再生阶段以复合阳离子交换构件上的导电基质失去电子且复合阴离子交换构件上的导电基质获得电子的方式传输电流到复合阳离子交换构件和复合阴离子交换构件。

本发明的另一方面公开了电化学组件。所述电化学组件包括外壳和在所述外壳内平行排列的多个复合离子交换构件。所述多个复合离子交换构件在每两个相邻复合离子交换构件之间限定多个隔室，且包括在两隔室之间的至少一个双极复合构件。所述双极构件包括至少一种导电基质、在一侧上的阳离子交换材料和在另一侧上的阴离子交换材料。所述电化学组件还包括控制装置，其经构造以在再生阶段以双极复合构件的阳离子交换侧上的导电基质失去电子且双极复合构件的阴离子交换侧上的导电基质获得电子的方式传输电流。

本发明的又一方面公开了离子交换材料的再生方法，所述离子交换材料带正电荷或带负电荷且具有吸附的带负电荷或带正电荷物质。所述再生方法包括将离子交换材料连接到高表面积导电基质，和对所述高表面积导电基质施加电流以驱使电子流向高表面积导电基质或离开高表面积导电基质以将吸附的物质从离子交换材料逐到溶液中。

本发明的又一方面公开了电化学方法。所述电化学方法包括去离子阶段和再生阶段。所述去离子阶段包括将进料流引入隔室，将溶解的阳离子或阴离子吸附在离子交换材料上和从隔室中引出稀物流。所述再生阶段包括使离子交换材料与导电基质物理接触，对导电基质施加电流，和引起导电基质失去电子以逐出吸附在离子交换材料上的阴离子，或引起导电基质获得电子以逐出吸附在离子交换材料上的阳离子。

附图

在整个所随附图中相同符号代表相同部分，其中：

图1示出根据本发明的一个实施方案的电化学装置。

图2示出根据本发明的一个实施方案处于去离子阶段的图1中的电化学装置的部分A的放大图。

图3示出根据本发明的一个实施方案处于再生阶段的图1中的电化学装置的部分A的放大图。

图4示出用于再生阳离子交换材料的示例性构造。

图5示出根据本发明的一个实施方案的电化学装置。

图6示出根据本发明的另一实施方案的电化学装置。

图7示出根据本发明的一个实施方案的双极复合构件的放大图。

发明详述

本发明包括涉及电化学装置和利用离子交换材料的电化学装置的实施方案。本发明包括涉及离子交换材料的再生方法的实施方案。

参照图1，根据本发明的一个实施方案的电化学装置10包括电化学电池11。电化学电池11包括复合阳离子交换构件12、复合阴离子交换构件14和在复合阳离子交换构件12与复合阴离子交换构件14之间的隔室16。电化学装置10包括控制装置17，控制装置17包括可操作以传输电流到复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14的电源18。在一个实施方案中，隔室16包括用于将含离子物质的进料流22引入隔室16和用于将输出流26引出隔室16的出口24。在某些实施方案中，输出流26为去离子阶段的稀物流以及为再生阶段的浓溶液，其将在下文详细描述。在某些实施方案中，控制装置17还包括开关或继电器28，在一个实施方案中，开关或继电器28为用于控制复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14与电源18连接和断开的双向开关。

在一个实施方案中，复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14为平面的。在另一实施方案中，复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14为圆柱形的。在再生阶段，复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14分别电耦合到电源18的正端子和负端子。在去离子阶段，双向开关28使电源18与复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14断开并引起复合阳离子交换构件12与复合阴离子交换构件14之间短路。在其他实施方案中，去离子速率通过用电阻器或其他电方法控制阳离子交换构件12与阴离子交换构件14之间的电流来进一步控制。

图2和图3分别为根据本发明的一个实施方案的图1中电化学装置10的部分A的放大图，用于更好地示出分别在去离子阶段和再生阶段的复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14。示例性复合阳离子交换构件12包括可操作地连接到电源18的正端子的导电基质30和与导电基质30物理接触的阳离子交换材料32。在某些实施方案中，示例性复合阴离子交换构件14包括可操作地连接到电源18的负端子的导电基质34和与导电基质34物理接触的阴离子交换材料36。

在某些实施方案中，导电基质30和34各自具有高表面积，且在一个实施方案中，其为多孔电极。在某些实施方案中，高表面积电极30和34各自包括导电基材38和在导电基材38上的导电高表面积部分40。导电基材38可由诸如板、筛、箔片或薄片的任何合适的金属结构形成。此外，导电基材38可由诸如不锈钢、石墨、钛、铂、铱、铑或导电聚合物导电氧化物或导电聚合物/碳复合材料的合适导电材料形成。另外，所述金属可未被涂覆或被涂覆。一个这样的实例为铂涂覆的不锈钢筛。在某些实施方案中，可使用一种或多种导电聚合物作为导电基材38。这类导电聚合物的非限制性实例可包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其组合。导电氧化物的实例可包含铟掺杂的氧化锡(ITO)、锑掺杂的氧化锡(ATO)和铝掺杂的氧化锌。在一个实施方案中，导电基材38为钛筛。在其他实施方案中，基材38为不锈钢筛、聚烯烃/石墨复合薄膜、石墨板或钛板。在一个实施方案中，导电高表面积部分40可由具有高表面积的任何导电材料或复合材料形成。导电高表面积部分40的这类材料的实例包括活性炭、碳纳米管、石墨、碳纤维、碳布、碳气凝胶、例如镍的金属粉末、例如氧化钌的金属氧化物、导电聚合物和任何上述材料的任何混合物。

在附图中没有示出的另一实施方案中，导电基质30、34例如包括纳米图案化或纳米结构化的导电材料且包括微凸(micro protrusion)以形成导电高表面积部分40。在一个实施方案中，导电基质30、34包括碳纳米线或纳米管(CNT)的图案化阵列。由于纳米管的化学键结完全由sp²键构成的事实而产生图案化的CNT阵列，提供具有独特强度的分子。纳米管本身自然对准成通过范德华力结合在一起的绳样形式。在另一实施方案中，例如在高压下，纳米管倾向于合并在一起并将一些sp²键交换为sp³键，因此提供产生强的无限长的线的可能性。在一个实施方案中，纳米管在导电基材38上生长。在另一实施方案中，纳米管以可在没有另外导电基材的情况下工作的模式生长。

在某些实施方案中，阳离子交换材料32和阴离子交换材料36为含离子的固体、粉末、纤维、凝胶，所述离子将吸附进料流中的离子物质，或将与进料流中的离子物质反应，以在去离子阶段使进料流22去离子成为稀物流26。在某些实施方案中，阳离子交换材料和阴离子交换材料分别具有至少0.1mequiv/g的离子交换能力。更优选其具有高于0.5mequiv/g的离子交换能力。

在一个实施方案中，阳离子交换材料32包括弱酸性阳离子交换材料和强酸性阳离子交换材料中的至少一种。所述弱酸性阳离子交换材料为包含弱酸性官能团的无机或有机材料。弱酸性官能团的实例包括羧基官能团、硼酸酯官能团或磷酸官能团。强酸性阳离子交换材料为包含强酸性官能团的无机或有机材料。强酸性基团的实例包括磺酸官能团或硫酸酯官能团。在一个实施方案中，可将两种或更多种离子交换材料组合，例如弱酸性阳离子交换材料和强酸性阳离子交换材料的组合、无机阳离子交换材料和有机阳离子交换材料的组合。

在一个实施方案中，阴离子交换材料36包括弱碱性阴离子交换材料和强碱性阴离子交换材料中的至少一种。所述弱碱性阴离子交换材料为含有弱碱性官能团的无机或有机材料。弱碱性官能团的实例包括伯胺、仲胺、叔胺官能团和咪唑 或吡啶官能团。所述强碱性阴离子交换材料为含有强碱性官能团的无机或有机材料。强碱性官能团的实例包括季铵官能团。在某些实施方案中，可将一种或多种导电聚合物用作阴离子交换材料。这类导电聚合物的非限制性实例可包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其组合。

在一个实施方案中，产生复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14的方法包括产生高表面积电极30、34。产生高表面积电极的方法在美国专利申请公开2008/0057398号和待审的申请11/947328号中描述并说明，所述申请均属于本申请的共同受让人，其全部公开内容通过引用结合到本文中。在某些实施方案中，成品高表面积电极30和34分别包括多个孔。在一个实施方案中，高表面积部分38的表面积可在如通过氮吸附BET方法测量的约100m²/g-约5000m²/g范围内。在一个具体实施方案中，高表面积部分38的表面积在约750m²/g-约3000m²/g范围内。在一个更具体的实施方案中，高表面积部分38的表面积在约1500m²/g-约2500m²/g范围内。在一个实施方案中，所述孔的平均直径大于1纳米。

形成复合阳离子交换构件12或复合阴离子交换构件14的方法包括在所形成的高表面积电极30和34上或其中形成阳离子交换材料32或阴离子交换材料以与高表面积部分40物理接触。在一个实施方案中，所述方法包括形成离子交换单体、交联剂和适当引发剂的混合物和通过例如流延、浸泡、喷涂、丝网印刷或旋涂将所述混合物分散在高表面积部分40上或其中。阴离子交换单体的实例包括甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯、4-乙烯基苄基三甲基氯化铵和所有其他含季/叔胺基团的单体。阳离子交换单体的实例包括2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、4-苯乙烯磺酸钠盐和所有其他含磺酸基或羧基的单体。交联剂的实例包括N，N-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯和所有其他含单官能或多官能双键基团的化学品。所述引发剂的实例包括偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰和所有其他偶氮或过氧化物化学品。

在一个实施方案中，阳离子交换材料32或阴离子交换材料36与高表面积部分40的接触界面大于高表面积部分40的表面积的10％。在一个具体的实施方案中，阳离子交换材料32或阴离子交换材料36与高表面积部分40的接触界面大于高表面积部分40的表面积的40％。在一个更具体的实施方案中，阳离子交换材料32或阴离子交换材料36与高表面积部分40的接触界面大于高表面积部分40的表面积的70％。

参照图2，在去离子阶段，双向开关28使电源18与复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14断开并使复合阳离子交换构件12与复合阴离子交换构件14之间的线路短路。在进料流22中的离子化的阳离子M⁺吸附在阳离子交换材料32上且在进料流22中离子化的阴离子X^-吸附在阴离子交换材料36上，由此使进料流22去离子化以产生经出口24引出隔室16的稀物流26。

参照图3，在再生阶段，双向开关28使电源18与复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14连接并使复合阳离子交换构件12与复合阴离子交换构件14分别作为正电极和负电极带电。在电流下，复合阳离子交换构件12的导电基质34失去电子，且电子在如假想线的箭头指示的方向上传输到复合阴离子交换构件14的导电基质34。因此，吸附在阴离子交换材料36上的阴离子X^-被逐到隔室16中的溶液中，且吸附在阳离子交换材料32上的阳离子M⁺被逐到隔室16中的溶液中。在再生阶段的输出流26为具有比较高离子浓度的浓溶液。

在一个实施方案中，电源18被控制使得复合阳离子交换构件12与复合阴离子交换构件14之间的差分电压(differential voltage)为0-10V。在一个具体的实施方案中，复合阳离子交换构件12与复合阴离子交换构件14之间的差分电压为0-5V。在一个更具体的实施方案中，复合阳离子交换构件12与复合阴离子交换构件14之间的差分电压为0-2V。

在一个实施方案中，当双向开关28使电源18与复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14断开且使复合阳离子交换构件12与复合阴离子交换构件14之间的线路短路时，电化学装置10返回到去离子阶段。由差分电压产生的电流从复合阳离子交换构件12流到复合阴离子交换构件14，电子从复合阴离子交换构件14流到复合阳离子交换构件12。因此，复合阴离子交换构件14上的更多带正电荷的基团释放以吸附进料流22中的阴离子物质，且复合阳离子交换构件12上的更多带负电荷的基团释放以吸附阳离子。

上文讨论的再生方法不限于与作为工作对的复合阳离子交换构件12和复合离子交换构件14两者一起使用。在一个实施方案中，单独阳离子交换材料或阴离子交换材料的再生方法包括连接离子交换材料以与高表面积导电基质物理接触，和传输电能到高表面积导电基质以驱使电子从高表面积导电基质传输或传输到高表面积导电基质以将吸附的离子从阳离子交换材料或阴离子交换材料逐到溶液中。图4示出用于再生阳离子交换材料32的示例性构造。阳离子交换材料32连接结到导电基质30的高表面积部分40。在阳离子交换材料32的再生期间，电源18传输电流到导电基质30并从导电基质拽出电子。因此，吸附在阳离子交换材料32上的阳离子M⁺被逐到溶液中。

参照图5，根据本发明的另一实施方案的电化学装置42包括外壳44；多个电化学电池11，各自包括复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14和在其间的隔室16；和控制装置17。在所说明的实施方案中，不同电池11的阳离子交换构件12并联连接，且不同电池11的阴离子交换构件14并联连接。控制装置17包括可操作以将电流传输到各电池11且因此阳离子交换构件12在再生阶段具有比相应阴离子交换构件14高的电势的电源。在所说明的实施方案中，电化学装置42还包括各自在两个相邻电池11之间的多个绝缘薄膜46。

图6示出根据本发明的又一实施方案的电化学装置50。电化学装置50包括支撑在外壳52中的复合离子交换构件12、14和54的堆栈(stack)；在每两个相邻复合离子交换构件12、14和54之间限定的多个隔室60；和电源18。复合离子交换构件12、14和54各自为平面的且彼此基本平行排列。最接近外壳侧的相对的最外面的离子交换构件分别为复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14，它们与电化学装置10中所述的构件类似。复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14分别可操作地连接到电源18的正端子和负端子。

参照图7，在一个实施方案中，在两隔室之间的复合离子交换构件54各自为双极复合构件。双极复合构件54包括至少一种导电高表面积基质62和分别在所述至少一种导电高表面积基质62的相对侧上的阳离子交换材料32和阴离子交换材料36。阳离子交换材料32邻近相对靠近复合阴离子交换构件14的隔室60，且阴离子交换材料36邻近相对靠近复合阳离子交换构件12的隔室60。在一个实施方案中，双极复合构件54还包括在导电高表面积基质62之间或在导电高表面积基质62内的导电且离子不可渗透的构件64。“离子不可渗透”在此实际上是指离子和水都不可渗透。在一个实施方案中，导电且离子不可渗透的构件64包括聚烯烃和石墨的复合薄膜。在一个实施方案中，双极复合构件54为具有紧密夹在阳离子交换构件与阴离子交换构件之间的一个导电且离子且离子不可渗透的构件64的复合部件。在一个供选的实施方案中，双极复合构件54整体制成。

在所说明的实施方案中，外壳52包括多个入口56和多个出口58。在一个实施方案中，入口56中仅一个将进料流22引入隔室60中的一个中，且隔室60以一个隔室60的出口58串联连通另一隔室60的入口56的方式互连，使得进料流22流过各隔室60。出口58中仅一个引出输出流26，输出流26在去离子阶段为稀物流且在再生阶段为浓溶液。因此，进料流22可具有经多个隔室60的非常清洁的去离子化，在一个实施方案中，其可用以生产高纯度水。在一个供选的实施方案中，外壳52包括用于将进料流22同时分别引入平行的相应隔室60的多个入口56和用于引出输出流26的多个出口58，输出流26在去离子阶段为稀物流且在再生阶段为浓溶液。在另一实施方案中，电化学系统50可以上述并联模式和串联模式的组合方式构造。因此，电化学系统50具有高去离子效率。

参照图6和图7，在电化学系统50的去离子阶段，一种或多种进料流22流经隔室60，阳离子交换材料32吸附溶液中的阳离子M⁺，且阴离子交换材料36吸附溶液中的阴离子X^-。使进料流22去离子化并作为稀物流26引出隔室。

在再生阶段，开关28控制电源18以传输电流到最外面的复合阳离子交换构件12和复合阴离子交换构件14，其中复合阳离子交换构件12作为阴极且复合阴离子交换构件14作为阳极。如参考图2论述，在电流下，复合阳离子交换构件12失去电子而复合阴离子交换构件14获得电子。因此，吸附在复合阳离子交换构件12上的阳离子M⁺和吸附在复合阴离子交换构件14上的阴离子X^-被逐到溶液中。同时，在阳离子交换材料32侧的导电高表面积基质62失去电子，而在阴离子交换材料36侧的导电高表面积基质62获得电子。通过电场下这种电荷再分配，双极复合构件54中的阳离子和阴离子被逐到溶液中。因此，使各复合双极构件54的阳离子交换材料32和阴离子交换材料36两者再生。在去离子阶段，导电高表面积基质62从在再生阶段中的电荷再分配构造(charge re-distribution built)中复原，而电子从阴离子交换侧传输到阳离子交换侧。用此方式，释放阴离子交换材料36中的带正电荷的基团和阳离子交换材料32中的带负电荷的基团以分别吸附阴离子和阳离子。

除非上下文明确规定，否则单数形式“一种/个”和“该”包括复数指示物。本文使用的近似语在整个说明书和权利要求书中可用于修饰任何数量表述，其可在不导致其相关的基本功能发生变化的条件下准许进行改变。因此，由诸如“约”的术语修饰的值并不局限于所指定的精确值。在有些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精确度。类似地，“不含”可与术语组合使用且可包括非实质数量或痕量，而仍然视为不含所修饰的术语。

本文所述的实施方案为具有对应于权利要求书中叙述的本发明要素的要素的制品、系统和方法的实例。这书写的描述内容使得本领域普通技术人员能够完成并使用具有同样对应于权利要求书中所叙述的本发明要素的供选要素的实施方案。本发明的范围因此包括与权利要求书的文字语言没有不同的制品、系统和方法，且还包括与权利要求书的文字语言无实质差别的其他制品、系统和方法。虽然本文仅说明并描述了某些特征和实施方案，但是相关领域的普通技术人员可以想到许多改进和改变。附加权利要求书涵盖所有这类改进和改变。

Claims (1)

1.电化学装置，其包括：

电化学电池，其包括：

   复合阳离子交换构件，其包括第一导电基质和与所述第一导电基质物理接触的阳离子交换材料；

   复合阴离子交换构件，其包括第二导电基质和与所述第二导电基质物理接触的阴离子交换材料；和

   在所述复合阳离子交换构件与所述复合阴离子交换构件之间的隔室，所述隔室包括用于引入进料流的入口和用于从所述隔室中引出输出流的出口；和

控制装置，其经构造以：

在再生阶段以第一导电基质失去电子且第二导电基质获得电子的方式传输电流通过所述复合阳离子交换构件和所述复合阴离子交换构件；和

在去离子阶段释放电流通过所述第一导电基质和所述第二导电基质，引起进料流中的阳离子吸附在阳离子交换材料上，且进料流中的阴离子吸附在阴离子交换材料上，

其中第一导电基质和第二导电基质的每一个包含导电基材和导电高表面积部分，所述导电高表面积部分具有通过氮吸附BET方法测量的100-5000m²/g的表面积；

阳离子交换材料涂布在第一导电基质的导电高表面积部分，且阴离子交换材料涂布在第二导电基质的导电高表面积部分；且

阳离子交换材料或阴离子交换材料与导电高表面积部分的接触界面大于导电高表面积部分的表面积的70%。

2. 权利要求1的电化学装置，其中所述阳离子交换材料包括弱酸性阳离子交换材料、强酸性阳离子交换材料或其组合。

3. 权利要求1的电化学装置，其中所述阴离子交换材料包括弱碱性阴离子交换材料、强碱性阴离子交换材料或其组合。

4. 权利要求1的电化学装置，其中所述阴离子交换材料包括导电聚合物，所述导电聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩或其任何组合。

5. 权利要求1的电化学装置，其中所述导电基材包括不锈钢、石墨、钛、铂、铱、铑、导电氧化物、导电聚合物和碳复合材料中的任一种或任何组合。

6. 权利要求1的电化学装置，其中所述导电高表面积部分包括碳、碳纳米管、石墨、碳纤维、碳布、碳气凝胶、活性炭、金属粉末和金属氧化物中的任一种或任何组合。

7. 权利要求1的电化学装置，其中所述导电高表面积部分包括多个孔，且其中所述孔的平均直径大于1纳米。

8. 权利要求1的电化学装置，其中所述导电基质中的每一个包括纳米图案化或纳米结构化的导电材料且包括微凸以形成高表面积部分。

9. 权利要求1的电化学装置，其中传输到复合阳离子交换构件和所述复合阴离子交换构件的电流被控制，使得在再生阶段复合阳离子交换构件与复合阴离子交换构件之间的差分电压为0-10V。

10. 权利要求1的电化学装置，其还包括用于支撑所述电化学电池的外壳。

11. 权利要求10的电化学装置，其还包括各自在所述外壳内限定隔室的至少两个电化学电池。

12. 权利要求11的电化学装置，其还包括在相邻的两个电化学电池之间的至少一个间隔物。

13. 电化学组件，其包括：

外壳，其包括用以引导进料流去离子化的至少一个入口和用于在去离子阶段期间引出稀物流的至少一个出口；

在所述外壳中平行排列且在每两个相邻复合离子交换构件之间限定多个隔室的多个复合离子交换构件，所述复合离子交换构件的每一个包含导电基质，所述导电基质具有导电基材和导电高表面积部分，所述导电高表面积部分具有通过氮吸附BET方法测量的100-5000m²/g的表面积，且离子交换材料涂布在导电基质的导电高表面积部分上，离子交换材料与导电高表面积部分的接触界面大于导电高表面积部分的表面积的70%，所述多个复合离子交换构件包括在两个隔室之间的至少一个双极复合构件，所述双极构件包括至少一种导电基质、在一侧上的阳离子交换材料和在另一侧上的阴离子交换材料；和

控制装置，其经构造以在再生阶段以所述双极复合构件的阳离子交换侧上的导电基质失去电子且所述双极复合构件的阴离子交换侧上的导电基质获得电子的方式传输电流，其中所述控制装置可操作以将所述导电基质与电源断开。

14. 权利要求13的电化学组件，其中所述双极复合构件包括在所述阳离子交换材料与所述阴离子交换材料之间的导电且离子不可渗透的薄膜。

15. 权利要求14的电化学组件，其中所述导电且离子不可渗透的薄膜包括聚烯烃和石墨的复合薄膜。

16. 权利要求13的电化学组件，其中所述多个复合离子交换构件包括在所述再生阶段连接到所述电源的正端子的一个复合阳离子交换构件和在所述再生阶段连接到所述电源的负端子的复合阴离子交换构件。

17. 权利要求16的电化学组件，其中所述双极复合构件的所述阴离子交换材料比靠近所述复合阴离子交换构件更靠近所述复合阳离子交换构件，且所述双极复合构件的所述阳离子交换材料比靠近所述复合阳离子交换构件更靠近所述复合阴离子交换构件。

18. 电化学方法，其包括：

去离子阶段，其包括：

   将进料流引入复合阳离子交换构件与复合阴离子交换构件之间的隔室中，所述复合阳离子交换构件包括第一导电基质和与所述第一导电基质物理接触的阳离子交换材料，所述复合阴离子交换构件包括第二导电基质和与所述第二导电基质物理接触的阴离子交换材料；其中第一导电基质和第二导电基质包含导电基材和导电高表面积部分，所述导电高表面积部分具有通过氮吸附BET方法测量的100-5000m²/g的表面积，阳离子交换材料涂布在第一导电基质的导电高表面积部分，且阴离子交换材料涂布在第二导电基质的导电高表面积部分，且

阳离子交换 阴离子交换材料与导电高表面积部分的接触界面大于导电高表面积部分的表面积的70%；

   使所述进料流中溶解的阳离子和阴离子分别吸附在所述阳离子交换材料和所述阴离子交换材料上，其中所述第一和第二导电基质与电源电断开；和

   从所述隔室中引出稀物流；和

再生阶段，其包括：

   对所述第一和第二导电基质施加电流，且引起所述第一导电基质失去电子以逐出吸附在所述阳离子交换材料上的阳离子,并引起所述第二导电基质获得电子以逐出吸附在所述阴离子交换材料上的阴离子。

19. 权利要求18的电化学方法，其中所述去离子阶段和再生阶段周期性且交替重复。