CN103193299A - 高压静电场海水淡化装置 - Google Patents

Abstract

高压静电场海水淡化装置，是由绝缘外罩、高压直流电源和高压静电场离子分离室、氧化反应发生器、还原反应发生器等五部分组成。海水经高压静电场离子分离室后，主要把海水中所含的钠离子(Na⁺)和其它阳离子，与氯离子(Cl^-)和其它阴离子分离。尔后，把含钠离子(Na⁺)和其它阳离子的水注入还原反应发生器，经反应后生成氢气(H₂)和含杂质的氢氧化钠(NaOH)稀溶液；把含氯离子(Cl^-)和其它阴离子的水注入氧化反应发生器，去除氯离子(Cl^-)，使水中所含的氯离子(Cl^-)≤250mg/L，达到国家饮用水标准，于是便得到了淡水。当今世界上实施海水淡化的方法已有不少，但成本都比较高。本方法设备制造简单，操作简便，属耗电极省的微能技术，可大规模普遍推广应用。

Description

高压静电场海水淡化装置

所属技术领域

本发明涉及一种高压直流电压加在两块平行的金属板上，在金属板之间即形成电场，当海水流经其间时，即把海水中的钠离子(Na⁺)和其它阳离子，与氯离子(Cl^-)和其它阴离子实施分离。尔后，再把含氯离子(Cl^-)和其它阴离子的水，应用电化学原理，经氧化反应发生器，把氯离子(Cl^-)的含量达到≤250mg/L，便得到饮用水。

背景技术

当今世界上对实施海水淡化办法已不少，如离子交换膜法、电渗析法以及反渗透法等等，由于其成本还是较高，所以普遍采用和推广还是有一定难度.

本发明是采用高压静电场把海水中的钠离子(Na⁺)和其它阳离子，与氯离子(Cl^-)和其它阴离子先实施分离，然后应用电化学原理，把含氯离子(Cl^-)和其它阴离子的水，流经氧化反应发生器，使氯离子(Cl^-)含量达到≤250mg/L，便得到符合国家标准的水。

发明内容

本发明之高压静电场海水淡化装置，是应用高压静电场先把氯离子(Cl^-)和其它阴离子，与钠离子(Na⁺)和其它阳离子分离，然后把含氯离子(Cl^-)和其它阴离子的水，注入氧化反应发生器，把氯离子(Cl^-)去除，便得到淡水。

高压静电场海水淡化装置，由绝缘外罩、高压直流电源、高压静电场离子分离室、还原反应发生器和氧化反应发生器等组成。所述高压静电场离子分离室的结构，是由两块平行的金属板与两金属板间用来通过海水的截面为矩形的塑料管组成。当高压直流电源的正、负极分别接上两块平行的金属板后，两板间便形成电场。这时，通过塑料管的海水中的氯离子

和其它阴离子，与钠离子(Na⁺)和其它阳离子，在电场力的作用下，分别向相反方向移动而靠近管壁，在塑料管的末端靠金属板的两边管壁上，就得到含氯离子(Cl^-)和其它阴离子的水，与含钠离子(Na⁺)和其它阳离子的水。

这是根据物理学基本静电现象章节中，在平行板之间的电场强度E与两板间的电压U、两板间的距离d的关系：E＝U/d，和电场强度E的定义式：E＝F/q(q为置该点电荷的大小，F为该电荷所受的力)，设计而成。

把E＝F/q改写成F＝qE。这就表明由于海水中的氯离子(Cl^-)和其它阴离子，与钠离子(Na⁺)和其它阳离子都带电荷，都势必受到电场力的作用，而且所受到的力的大小与电场强度成正比。阴、阳离子移动的方向相反，分别靠近金属板，于是就实现分离。

在氯碱工业的实践中的电解槽内，应用氯化纳(NaCl)溶液电解制取氯气(Cl₂)和氢氧化钠(NaOH)溶液，其阴极板与阳极板之间的电势差仅只在3.5伏特左右，极板之间距约为3.5厘米左右，这时极板间的电场强度约为E＝3.5伏特/(3.5×10^-2)米＝100伏特/米，。如今若高压静电场离子分离室的两金属板之间距为5厘米，所加电压是5000伏特，则其电场强度E＝5000伏特/(5×10^-2)米＝100000伏特/米。由此可见，前者已经能使氯离子(Cl^-)、钠离子(Na⁺)具一定速度不断移向阴极板、阳极板，那后者作用于氯离子(Cl^-)、钠离子(Na⁺)的力增大了1000倍，因此是完全可以断定，用强电场实施把氯离子(Cl^-)和其它阴离子，与钠离子(Na⁺)和其它阳离子分离是行之有效的。如果把电压再提高，或加长塑料管增加作用时间，便能更加强有力地促使氯离子(Cl^-)和其它阴离子，与钠离子(Na⁺)和其它阳离子分离。

氧化反应发生器是用玻璃制成，其上端是含氯离子(Cl^-)和其它阴离子的水进入口，旁边有一管口朝下的氯气排气管，下半部是类似于活性炭过濾饮用水时，盛放着不规则形的块状DSA材料，这DSA材料与地线相连接。最下部呈漏斗状，并设有阀门，打开阀门就可排放淡水。

DSA材料是1968年英国发明的，它是被誉为用电解法制取氯气(Cl₂)的最佳阳极材料，它是以钛(Ti)为基体，外面涂以二氧化钛(TiO₂)、二氧化钌(RuO₂)和二氧化铱(IrO₂)，经高温处理，具有电导率大、耐腐蚀，且电解时在其表面上形成的氯气(Cl₂)气泡细小，这些气泡容易脫离电极表面，在电解液中不滞留地快速离开，还能抑制氢氧根离子(OH^-)起氧化反应，使氯气中含氧气減少，提高氯气的纯度。目前世界上采用DSA材料作为生产氯气(Cl₂)的阳极材料已达100万平方米以上。

当含氯离子(Cl^-)和其它阴离子的水进入氧化反应发生器与DSA材料相接触后，由于DSA材料的电势就比大地低，就发生氧化反应，氯离子(Cl^-)便失去电子而生成氯气(Cl₂)，氯气(Cl₂)便从氯气(Cl₂)排放管排出。从最下部可排出的即为淡水。

还原反应发生器是一段与地线相连的金属筒和与其连接的金属管组成，上部有含钠离子

和其它阳离子水的入口，旁边有一管口向上的氢气(H₂)排放管，金属管的出口是含杂质的氢氧化钠(NaOH)稀溶液排放口。

当含钠离子(Na⁺)和其它阳离子的水进入还原反应发生器后，金属筒和金属管即与钠离子和其它阳离子接触，其电势就变成高于大地，于是大地上就有电子通过地线传导上来，在还原反应发生器内发生还原反应，即生成氢气(H₂)、氢氧化钠(NaOH)和其它氢氧化物溶液，重金属离子经还原反应即在筒壁或管壁上析出。氢气即向上排出，可利用的含杂质的氢氧化钠(NaOH)稀溶液可从下面的金属管口排出。

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是高压静电场海水淡化装置外形及结构示意图。

图2是氧化反应发生器外形及结构示意图。

图3是高压静电场海水淡化装置线路联接示意图。

在图1-3中，1-金属板、2-金属板、3-电键之按钮、4-指示灯透光玻璃、5-海水进口、6-塑料管、7-氢气出口、8-还原反应发生器、9-金属管、10-阀门、11-含杂质氢氧化钠稀溶液出口、12-阀门、13-地线、14-大地、15-塑料管、16-地线、17-淡水出口、18-阀门、19-氯气出口、20-氧化反应发生器、21-阀门、22-塑料管、23-插头、24-高压直流电源、25-绝缘外罩、26-高压静电场离子分离室、27-金属筒、28-DSA材料、29-氧化反应发生器之玻璃器壁、30-原线圈、31-低压输出之副线圈、32-整流器、33-指示灯、34-整流器、35-高压输出之副线圏、36-保险丝、37-电键。

金属板(1)、金属板(2)、金属筒(27)、金属管(9)和阀门(10)等，都可采用不锈钢材料制造。塑料管(6)、塑料管(22)、塑料管(15)、阀门(21)、阀门(12)等，用聚乙烯塑料制造为好，它绝缘性能好，且对人体无毒害作用。阀门(18)是包含在氧化反应发生器(20)中，用玻璃制成。绝缘外罩(25)用绝缘性能和机械强度好的材料制造，因金属板(1)与金属板(2)上有高压电，为人身安全，绝缘外罩(25)的长、宽、高，应该足夠大，使金属板(1)、金属板(2)与绝缘外罩(25)外的操作人员有相当的距离。指示灯(33)可用发光二极管。制作整流器(32)和整流器(34)所需之整流二极管，在市场上都容易采购。

在设置上，要防止氢气与氯气混和，以免发生爆炸，因此，氯气出口(19)与氢气出口(7)，应安置得距离远一些。

具体实施例：

把插头(23)接上市电，按下电键之按钮(3)，电键(37)就闭合，原线圈(30)、低压输出之副线圈(31)和高压输出之副线圈(35)上，就都有电流通过。金属板(1)与高压电源(24)输出之正极相接，金属板(2)与高压电源(24)输出之负极相接。于是在金属板(1)与金属板(2)之间，便形成高压静电场离子分离室(26)。与此同时，指示灯(33)发光。

把海水从海水进口(5)注入，海水在流经塑料管(6)时，海水中的氯离子(Cl^-)和其它阴离子，与钠离子(Na⁺)和其它阳离子，，受到电场力相反方向的作用，氯离子(Cl^-)和其它阴离子移向金属板(1)，钠离子(Na⁺)和其它阳离子移向金属板(2)。海水在塑料管(6)内，流经一定时间，含氯离子(Cl^-)和其它阴离子的水，便靠近安裝有塑料管(22)的管壁流动，开启阀门(21)，即可排出。与此同时，含钠离子(Na⁺)和其它阳离子的水，便靠近安装有塑料管(15)的管壁流动，开启阀门(12)，也即可排出。

开启阀门(21)，含氯离子(Cl^-)和其它阴离子的水，流入氧化反应发生器(20)，水中的氯离子(Cl^-)与DSA材枓接触，氯离子(Cl^-)当即通过地线(16)，把电子传导给大地(14)发生氧化反应，即

而产生氯气。这里要注意，氧化反应发生器(20)内的水位不能过高，不然水从氯气出口(19)溢出，这可以透过氧化反应发生器之玻璃器壁(29)来观察，并用阀门(21)开启的大小来控制。打开阀门(18)，从淡水出水口(17)流出的便是淡水。

与打开阀门(21)的同时，把阀门(12)打开，含钠离子(Na⁺)和其它金属离子的水，便流入还原反应发生器(8)，于是水(H₂O)、钠离子(Na⁺)和其它金属离子，与金属筒(27)或金属管(9)相接触，这时金属筒(27)和金属管(9)的电势比大地(14)高，便与从大地(14)通过地线(13)传导上来的电子发生还原反应，即

重金属离子即在筒壁或管壁析出。氢气(H₂)从氢气出口(7)逸出，剩下的便是含杂质的氢氧化钠(NaOH)稀溶液。打开阀门(10)就可从含杂质的氢氧化钠稀溶液出口(11)排放，是海水淡化有利用价值的副产品。

参考资料

《普通物理学》  【原苏联】福里斯和季莫列娃著  商务印书馆

《现代电化学》  龚竹靑 王志兴/编著    中南大学出版杜

《电化学基础》  高颖 邬冰主编    化学工业出版社

Claims (5)

1.一种高压静电场海水淡化装置，其结构由绝缘外罩(25)、高压直流电源(24)、高压静电场离子分离室(26)、氧化反应发生器(20)、还原反应发生器(8)等五部分组成。

2.根据权利要求1所述的高压静电场海水淡化装置，其特征在于高压静电场离子分离室(26)，是由接高压直流电源(24)正极的金属板(1)和接高压直流电源(24)负极的金属板(2)及设置在该两板间的截面为矩形的塑料管(6)组成。

3.根据权利要求1所述的高压静电场海水淡化装置，其特征在于氧化反应发生器(20)内的DSA材料(28)，与接地良好的地线(16)相接。

4.根据权利要求1所述的高压静电场海水淡化装置，其特征在于还原反应发生器(8)的金属筒(27)和金属管(9)，与接地良好的地线(13)相接。

5.根据权利要求1所述的高压静电场海水淡化装置，其特征在于氧化反应发生器(20)用玻璃制成。 

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