CN103359809B - 一种离子去除装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子去除装置，其特征在于：所述的装置为外壳内部设有一个或一个以上的处理单元，每两个处理单元面对面相互叠加设置；处理单元为导电板连接过滤网，过滤网内设有填充颗粒；外壳上设有两个导电柱，每组面对面的两个导电板分别连接不同的导电柱，导电柱分别与直流电源的正负极相连，从而通过相邻的两块导电板分别连接正负电极，来吸附液体中的带电离子。由于采用上述的结构，本发明的优点在于：1、以较低的能耗与成本去除液体中的带电离子；2、可反复使用，水的回收率高；3、装置性能稳定，可长时间不间断用于生产。
Description
技术领域
本发明涉及液体净化和污水处理领域，特别涉及一种离子去除装置。
背景技术
去除液体中的金属离子或者非金属离子是对于液体净化和污水处理来说具有重要的意义。是生产去离子水，纯净水的必要环节。
现有技术中对于去除液体离子大多采用以下方法：采用活性炭电极吸附的方法时需要采用粘合材料制造活性炭的电极，而且需要制造专门的液体通路对过滤液体进行导流；采用离子交换膜时需要反渗透的高压泵对液体进行过滤，成本较高，水回收率较低。
针对上述问题，提供一种新型的离子去除装置，以较低的能耗与成本去除液体中的带电离子是现有技术需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种离子去除装置，以较低的能耗与成本去除液体中的带电离子。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种离子去除装置，其特征在于：所述的装置为外壳内部设有一个或一个以上的处理单元，每两个处理单元面对面相互叠加设置；处理单元为导电板连接过滤网，过滤网内设有填充颗粒；外壳上设有两个导电柱，每组面对面的两个导电板分别连接不同的导电柱，导电柱分别与直流电源的正负极相连，从而通过相邻的两块导电板分别连接正负电极，来吸附液体中的带电离子。
所述的外壳的两端分别设有入口导管和出口导管。
所述的导电板为石墨、不锈钢或钛合金等导电性强的材料制成。
所述的过滤网为有孔的过滤纸或网制成，孔径小于填充颗粒的大小，范围在1-1000微米。
所述的过滤网的边缘与导电板相连，形成一个封闭的中空的空间。
所述的填充颗粒为活性炭、碳黑、碳气溶胶等材料；颗粒直径在1-1000微米之间，大于过滤网孔径的大小；填充颗粒之间具有一定的孔隙结构，填充颗粒与导电板形成接触。
所述的填充颗粒中（可以有选择的）混有离子交换树脂，在实际操作过程中用以提升效率。
所述的直流电源的电压为0至2V之间。
所述的去除装置在填充颗粒吸附饱和时，将导电板分别与直流电源断开，并将面对面的两个导电板进行短路，再用水冲出被电吸附的离子，形成一个高浓度的废液。
一种离子去除装置，由于采用上述的结构，本发明的优点在于：1、以较低的能耗与成本去除液体中的带电离子；2、可反复使用，水的回收率高；3、装置性能稳定，可长时间不间断用于生产。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明一种离子去除装置的结构示意图；
图2为本发明一种离子去除装置处理单元的结构示意图；
图3为本发明一种离子去除装置处理单元的工作原理示意图；
图4为本发明一种离子去除装置处理单元出水离子浓度的曲线图；
在图1-3中，1、处理单元；2、外壳；3、接线柱；4、入口导管；5、出口导管；6、导电板；7、过滤网；8、填充颗粒。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明为外壳2内部设有一个或一个以上的处理单元1，每两个处理单元1面对面相互叠加设置；每个处理单元1为导电板6连接过滤网7，过滤网7内设有填充颗粒8；外壳2上设有两个导电柱3，每组面对面的两个导电板6分别连接不同的导电柱3，导电柱3分别与直流电源的正负极相连，从而通过相邻的两块导电板6分别连接正负电极，来吸附液体中的带电离子。
其中，导电板6一般由导电性强的材料所制成，如石墨,不锈钢，钛合金等；过滤网7是由有孔的过滤纸制成，过滤网7孔径小于填充颗粒8的大小，范围在1-1000微米，这样既可防止填充颗粒8从过滤网7中渗出，也可以在操作过程中使待处理的液体顺利流入。过滤网7的边缘与导电板6相连，这样可以形成一个封闭的中空的空间，其内可放置填充颗粒8。填充颗粒8一般由活性炭、碳黑、碳气溶胶等材料制成，或由上述几种材料的混合物所组成，颗粒直径在1-1000微米之间，大于过滤网7孔径的大小，其放置在过滤网7与导电板6之间形成的空间内。颗粒与颗粒之间有空隙，可以允许液体方便通过。颗粒整体需具有一定的导电性，颗粒本身需有一定的孔隙结构，例如填充颗粒经过BET法测定的比表面积需大于100平方米/克，一般在1000平方米/克以上为宜，在导电板6与过滤网7形成的空间中，填充颗粒8可与导电板6形成接触，在工作过程中电子可由导电板6传导至填充颗粒8上。颗粒中也可以混有一定比例的离子交换树脂，在实际操作过程中用以提升效率。
如图3所示，本发明的工作原理首先为吸附步骤，含有离子的液体从入口导管4流入外壳2内部。由于填充颗粒8之间有空隙，液体可以从一侧自由流入，从另一侧自由流出。在两导电板6之间，施加一定强度的直流电压（一般为0～2 伏特），因为与导电板6接触，处理单元1内的填充颗粒8会带电，正极端的填充颗粒8带正电，负极端的填充颗粒8带负电，由于颗粒本身很高的孔隙结构和颗粒本身所带的电荷，液体中的负离子会被正极端的填充颗粒8吸附，液体中正离子被负极端的填充颗粒8所吸附，离子被吸附至颗粒内部孔隙结构中产生的双电层中，从而源源不断的去除液体中的离子，继而在装置的另一端产生去离子液体。在吸附步骤中出水中的离子浓度（或电导率）会下降。随着填充颗粒8吸附的饱和，装置的吸附能力将逐渐下降，因此出水的浓度将有所上升。如图4所示，接着为解吸附步骤，当填充颗粒8吸附饱和时，含离子液体中的离子将不能再被填充颗粒8所吸附，此时将两个导电板6分别与直流电源断开，并将面对面的两个导电板6短路，这样一来两导电板6之间的电压将消失，填充颗粒8中的双电层也将立即消失，所有被电吸附的离子被释放出来，并被水冲出来，形成一个高浓度的废液，在解吸附步骤中出水浓度会形成一个峰值。由于离子被从填充颗粒8内的双电层中释放，填充颗粒8得到了再生，再次具备了吸附能力，从而可以重复进行下一个吸附步骤。
本发明相对于现有技术.不需制造电极板，省去了制造电极板所需的复杂工艺；不需要使用电极板之间的填充物，或者使用垫圈。由于处理单元内使用的是颗粒状的吸附材料，水可以直接从颗粒之间的缝隙内流过，这样可以提高吸附效率。本发明可以处理含金属离子或非金属离子的各种液体，如海水，咸水，半咸水，工业废水，也可以用于生产去离子水，纯净水等。其结构简单，在液体处理过程中使用耗能低，可以长时间重复使用，无传统活性炭电极制造问题，不需使用液体通路材料，不需使用离子交换膜。液体通过系统所需水压力，无需类似反渗透的高压泵，具备液体处理效率高，水回收率高的特点。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种离子去除装置，其特征在于：所述的装置为外壳(2)内部设有一个或一个以上的处理单元(1)，每两个处理单元(1)面对面相互叠加设置；处理单元(1)为导电板(6)连接过滤网(7)，过滤网(7)内设有填充颗粒(8)；外壳(2)上设有两个导电柱(3)，每组面对面的两个导电板(6)分别连接不同的导电柱(3)，导电柱(3)分别与直流电源的正负极相连；两端分别设有入口导管(4)和出口导管(5)；所述的过滤网(7)为有孔的过滤纸或网制成，孔径小于填充颗粒(8)的大小，范围在1-1000微米。
2.根据权利要求1所述的一种离子去除装置，其特征在于：所述的导电板(6)为石墨、不锈钢或钛合金导电性强的材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种离子去除装置，其特征在于：所述的过滤网(7)的边缘与导电板(6)相连，形成一个封闭的中空的空间。
4.根据权利要求1所述的一种离子去除装置，其特征在于：所述的填充颗粒(8)为活性炭、碳黑或碳气溶胶材料中的一种；颗粒直径在1-1000微米之间，大于过滤网(7)孔径的大小；填充颗粒(8)之间具有一定的孔隙结构，填充颗粒(8)与导电板(6)形成接触。
5.根据权利要求1或4所述的一种离子去除装置，其特征在于：所述的填充颗粒(8)中混有离子交换树脂。
6.根据权利要求1所述的一种离子去除装置，其特征在于：所述的直流电源的电压为0至2V之间。
7.根据权利要求1所述的一种离子去除装置，其特征在于：所述的去除装置在填充颗粒(8)吸附饱和时，将导电板(6)分别与直流电源断开，并对面对面的两个导电板(6)进行短路后用水冲出被电吸附的离子，形成一个高浓度的废液。
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