CN102745783A - 一种水基溶液离子分离装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种水基溶液去离子装置及运行方法，将连续流动的水基溶液通过电吸附器和电磁感应分离器，回收利用电吸附放电的电流进入感应线圈形成感应磁场，实现水基溶液连续多次去离子分离。本发明系统能量利用率高，低浓度溶液回收率高，设置PLC控制器进行自动控制。适用于海水淡化、饮水净化及各种水基液体的水与离子分离作业。其结构新颖，制作和运行成木低，操作简便，效果明显优于其他装置。

Description

一种水基溶液离子分离装置及方法
技术领域
本发明属于水基溶液中离子分离技术领域，特别涉及一种利用电吸附、运动导体在磁感应下的正负离子反向迁移技术的电磁感应分离方法联合进行离子分离的装置和运行方法。
背景技术
对于水溶液电解质脱盐技术而言，现有海水淡化技术具有一定代表性，特别是最近几十年，人们在设备和工艺上进行卓有成效的持续改进，如反渗透技术，膜性能的提高和能量回收装置的应用，市场占有率又来越大。海水淡化方法已经出现了数十种，主要包括热法、膜法、离子交换法和冷冻法等，其中，热法海水淡化技术包含了多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)、压汽蒸馏(VC)；而膜法海水淡化技术包括反渗透法(RO)、电渗析法(ED)和正渗透法(FO)。其他相关新技术也不断开发，如电吸附、天然气水合物法、膜蒸馏、加湿-脱湿法等可以作为电解质水溶液分离的主要参考技术，但存在能量消耗高，产水率低等技术问题。
由于目前水基溶液脱盐过程大都是将溶剂水从水基溶液中取出，剩下的高浓度溶液作为浓水排放；电吸附分离和电磁感应分离技术属于将阴、阳离子从水基溶液中富集在电极上使通过的水基溶液中的离子减少得以淡化，富集在电极上的离子通过脱附形成浓水排放。但目前电吸附脱盐主要关注电极板本身的物理特性，只有当电极板具有较高的比表面时，即在通电和电解液存在情况下，电极表现出较大的吸附电容，从而达到吸附大量离子目的。但是，这些工艺对电极性能要求极高，否则吸附能力低，应用范围小。此外，如果有足够的吸附电容，其在脱附过程中放电电流就被浪费。因此，需要对技术提出结构和性能的改进，寻求低成本、能量利用率高的水基溶液分离方法非常必要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，实现联合利用电吸附、电流的磁效应和运动导体在磁感应下的正负粒子反向迁移技术的电磁感应分离方法进行离子分离的装置。该装置结构进行了新技术集成，制作和运行成本低，效果明显提高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种水基溶液离子分离装置，包括电吸附器3、电磁感应吸附分离器10、水基溶液储罐1、加压泵2、高浓度溶液储罐15和低浓度溶液储罐l6，电吸附器3包括电吸附正极4、电吸附负极5，电磁感应吸附分离器10由感应线圈7、电磁感应吸附正极8和电磁感应吸附负极9组成，所述电吸附器(3)和电磁感应分离器(10)通过水基溶液介质相通。
本发明进一步完善和实施的补充方案是：
所述电吸附器3可以有离子交换树脂填充物和阴阳例子交换膜。
所述磁感应吸附分离器10中的水基溶液流动方向与磁吸附正负电极和磁场方向相互垂直。
所述磁吸附感应线圈7可以回收电吸附放电电流。
所述磁感应吸附分离器10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，磁吸附正极8、磁吸附负极9可以为石墨电极、金属氧化物电极或碳纳米管电极。
所述电吸附正极8、电吸附负极9间的电压、感应线圈7电信号、低浓度溶液切换阀11、12、高浓度溶液切换阀13、14由PLC控制电源6控制实现连续运行。
本发明还提供一种水基溶液去离子装置的离子分离方法，其解决方案是：该水基溶液离子分离是由电吸附器和电磁感应分离器组成，电吸附器和磁感应吸附分离器可以任意单元串并联运行，并且排列次序不受限制，利用电吸附放电的电流进入感应线圈形成感应磁场，实现水基溶液连续多次去离子分离。
本发明的优点和积极效果：本发明与现有技术相比，电磁感应分离器可以回收电吸附器脱附时的放电电流，可以实现高浓度水基溶液离子分离，在提高离子分离效率同时，电能利用率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：
1、水基溶液储罐  2、加压泵      3、电吸附器     4、电吸附正极
5、电吸附负极    6、PLC控制电源    7、感应线圈     8、磁吸附正极
9、磁吸附负极    10、电磁感应吸附分离器    11、12低浓度溶液切换阀
13、14、高浓度溶液切换阀     15、高浓度溶液储罐     16、低浓度溶液储罐
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。
本发明的原理是：电吸附在不产生电化学反应前提下实现正、负离子向负极和正极方向迁移，使通过的水基溶液离子浓度变小，这是吸附过程；达到一定的吸附量时，进行放电脱附，离子汇入通道中作为浓溶液排出，这是脱附过程。一般电吸附脱盐操作中脱附过程电流没有回收利用，本发明以电吸附放电电流为通电线圈通电，并且产生磁感应效应，根据导体做切割磁感线运动会产生感应电流，在磁场中连续通过的水基溶液作切割磁力线运动产生感应电流，水基溶液为导体，水基溶液流动方向与磁吸附正负电极和磁场方向相互垂直，切割磁力线运动会产生电流，导致正、负离子向相反方向运动并聚集，通过的水基溶液所含离子浓度就会减少，从而得以分离。当无磁感应效应时，富集在电极上的正、负离子脱附到通道流体中变成浓溶液排出，在回收电吸附单元的放电电流时，可以额外叠加一定的直流电流保证有较大的感应电流，从而可以分离更多的离子。在PLC电源控制器控制下，配合电磁阀切换，实现离子从水基溶液中分离。
如图1所示，本发明的一种水基溶液离子分离装置，一种水基溶液离子分离装置，包括电吸附器3、电磁感应吸附分离器10、水基溶液储罐1、加压泵2、高浓度溶液储罐15和低浓度溶液储罐16，电吸附器3包括电吸附正极4、电吸附负极5，电磁感应吸附分离器10由感应线圈7、电磁感应吸附正极8和电磁感应吸附负极9组成，电吸附器3和电磁感应分离器10通过水基溶液介质相通。
电吸附器3可以有离子交换树脂填充物和阴阳例子交换膜。
磁感应吸附分离器10中的水基溶液流动方向与磁吸附正负电极和磁场方向相互垂直。
磁吸附感应线圈7可以回收电吸附放电电流。
磁感应吸附分离器10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，磁吸附正极8、磁吸附负极9可以为石墨电极、金属氧化物电极或碳纳米管电极。
电吸附正极8、电吸附负极间的电压、感应线圈7电信号、低浓度溶液切换阀11、12、高浓度溶液切换阀13、14由PLC控制电源6控制实现连续运行。
本发明还提供一种水基溶液去离子装置的离子分离方法，其特征是：该水基溶液离子分离是由电吸附器和电磁感应分离器组成，电吸附器和磁感应吸附分离器可以任意单元串并联运行，并且排列次序不受限制，利用电吸附放电的电流进入感应线圈形成感应磁场，实现水基溶液连续多次去离子分离。
实施例1
本发明的一种水基溶液离子分离装置，该装置包括电吸附器3和电磁感应吸附分离器10，电吸附器3包括电吸附正极4、电吸附负极5，其间施加电压在2.8V，电磁感应吸附分离器10由感应线圈7、磁感应强度在1200毫特拉斯范围内，电磁感应吸附正极8和电磁感应吸附负极9组成，电磁感应从水基溶液储罐1通过加压泵2加压到0.2MPa通过电吸附器3和电磁感应吸附分离器10将原水基溶液离子分离并进入高浓度溶液储罐15和低浓度溶液储罐16。
实施例2
本发明的一种水基溶液离子分离方法，从水基溶液储罐1通过加压泵2加压到通过电吸附器3和电磁感应吸附分离器10，电吸附器3包括电吸附正极4、电吸附负极5，电磁感应吸附分离器10由感应线圈7、电磁感应吸附正极8和电磁感应吸附负极9组成，依次通过电吸附器3和电磁感应吸附分离器10完成离子分离。水基溶液离子分离过程：温度为30℃，NaCl含量为1000mg/L的水溶液，通过极间电压为2.3V的电吸附单元其出口低浓度电解质NaCl含量为560mg/L。在电吸附脱附周期，在电吸附器吸附周期低浓度排除水基溶液进入低浓度储槽。在电吸附单元脱附周期的2/3时间段，1600mg/L的高浓度水基溶液通过磁感应强度为760毫特拉斯的磁感应离子分离室后，出口水基溶液NaCl含量为750mg/L，电吸附单元脱附周期的剩余1/3时间段，排除水基溶液NaCl含量为3100mg/L。
实施例3
本发明的一种水基溶液离子分离方法，从水基溶液储罐1通过加压泵2加压到通过电吸附器3和电磁感应吸附分离器10，电吸附器3包括电吸附正极4、电吸附负极5，电磁感应吸附分离器10由感应线圈7、电磁感应吸附正极8和电磁感应吸附负极9组成，依次通过电吸附器3和电磁感应吸附分离器10完成离子分离。水基溶液离子分离过程：温度为20℃，NaCl含量为1500mg/L的水溶液，通过极间电压为2.3V的电吸附单元其出口低浓度电解质NaCl含量为720mg/L。在电吸附脱附周期，在电吸附器吸附周期低浓度排除水基溶液进入低浓度储槽。在电吸附单元脱附周期的1/2时间段，2800mg/L的高浓度水基溶液通过磁感应强度为1500毫特拉斯的磁感应离子分离室后，出口水基溶液NaCl含量为850mg/L，电吸附单元脱附周期的剩余1/2时间段，排除水基溶液NaCl含量为5200mg/L。

Claims (7)

1.一种水基溶液离子分离装置，包括电吸附器(3)、电磁感应吸附分离器(10)、水基溶液储罐(1)、加压泵(2)、高浓度溶液储罐(15)和低浓度溶液储罐(16)，电吸附器(3)包括电吸附正极(4)、电吸附负极(5)，电磁感应吸附分离器(10)由感应线圈(7)、电磁感应吸附正极(8)和电磁感应吸附负极(9)组成，其特征在于：电吸附器(3)和电磁感应分离器(10)通过水基溶液介质相通。
2.根据权利要求1所述的水基溶液去离子装置，其特征在于：电吸附器(3)可以有离子交换树脂填充物和阴阳例子交换膜。
3.根据权利要求1所述的水基溶液去离子装置，其特征在于：磁感应吸附分离器(10)中的水基溶液流动方向与磁吸附正负电极和磁场方向相互垂直。
4.根据权利要求1所述的水基溶液去离子装置，其特征在于：磁吸附感应线圈(7)可以回收电吸附放电电流。
5.根据权利要求1所述的水基溶液去离子装置，其特征在于：磁感应吸附分离器(10)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，磁吸附正极(8)、磁吸附负极(9)可以为石墨电极、金属氧化物电极或碳纳米管电极。
6.根据权利要求1所述的水基溶液去离子装置，其特征在于：电吸附正极(8)、电吸附负极(9)间的电压、感应线圈(7)电信号、低浓度溶液切换阀(11、12)、高浓度溶液切换阀(13、14)由PLC控制电源(6)控制实现连续运行。
7.根据权利要求1所述的水基溶液去离子装置的离子分离方法，其特征在于：该水基溶液离子分离是由电吸附器和电磁感应分离器组成，电吸附器和磁感应吸附分离器可以任意单元串并联运行，并且排列次序不受限制，利用电吸附放电的电流进入感应线圈形成感应磁场，实现水基溶液连续多次去离子分离。
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