CN103732544B - 用于制备去离子水的电去离子装置 - Google Patents

用于制备去离子水的电去离子装置 Download PDF

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Abstract

所提供的是一种用于制备去离子水的电去离子装置，所述用于制备去离子水的电去离子装置能够消除或减少去离子室中电流的偏流。在所述用于制备去离子水的电去离子装置中，至少一个去离子处理单元设置在阴极与阳极之间，所述去离子处理单元包括去离子室和与所述去离子室的两侧相邻的一对浓缩室。在所述去离子室中，阴离子交换剂层和阳离子交换剂层以使所要处理的水通过其中的最后的离子交换剂层是阴离子交换剂层的顺序层叠。双极性膜形成在所述去离子室中的阴离子交换剂层的阴极侧。所述双极性膜的阴离子交换膜与所述阴离子交换剂层接触。

Description

用于制备去离子水的电去离子装置
技术领域
本发明涉及一种用于制备去离子水的电去离子装置，并且更具体地涉及去离子室的结构。
背景技术
通常，已知一种去离子水制备装置，其使所要处理的水通过离子交换剂以进行去离子。在这种去离子水制备装置中，当离子交换剂的离子交换基团饱和从而降低去离子性能时，离子交换基团必须通过化学品(酸或碱)再生。具体地，必须将吸附在离子交换基团上的阴离子或阳离子用得自酸或碱的H+或OH-置换。最近，为消除这种操作缺点，消除通过化学品再生的需要的用于制备去离子水的电去离子装置已经投入了实际应用。
用于制备去离子水的电去离子装置是将电泳与电渗析组合的装置。一般的用于制备去离子水的电去离子装置的基本构造如下。换言之，用于制备去离子水的电去离子装置包括去离子室、与去离子室的两侧相邻的一对浓缩室、设置在浓缩室中的一个的外侧的阴极室，以及设置在另一个浓缩室外侧的阳极室。去离子室包括彼此相反设置的阴离子交换膜和阳离子交换膜，以及填充在这些交换膜之间的离子交换剂(阴离子交换剂和／或阳离子交换剂)。在下文中，用于制备去离子水的电去离子装置可以缩写为″去离子水制备装置″。
为通过使用具有上述构造的去离子水制备装置制备去离子水，当将DC电压施加在分别设置在阴极室和阳极室中的电极之间时，使所要处理的水通过去离子室中。在去离子室中，阴离子组分(Cl-、CO3 2-、HCO3 -或SiO2)由阴离子交换剂捕获，并且阳离子组分(Na+、Ca2+或Mg2+)由阳离子交换剂捕获。同时地，水分解反应在去离子室中的阴离子交换剂与阳离子交换剂之间的界面处发生以产生氢离子和氢氧根离子(H2O→H++OH-)。通过离子交换剂捕获的离子组分由氢离子和氢氧根离子置换以从离子交换剂释放。将所释放的离子组分通过离子交换剂电泳至离子交换膜(阴离子交换膜或阳离子交换膜)，并且在离子交换膜处进行电渗析并且之后移动至浓缩室中。移动至浓缩室中的离子组分与在浓缩室中流动的浓缩的水一起排出。
施加至去离子水制备装置的大部分电压用于水分解反应。因此，为实现具有低压和高电流密度的操作，适宜地加速水分解反应。关于这一点，所认为的是，去离子室中的水分解反应可以通过将双极性膜放置在去离子室中加速。
专利文献1描述其中将双极性膜设置在去离子室中的去离子水制备装置的实例。如图6中所示的，专利文献1中描述的去离子水制备装置包括一对浓缩室C1和C2，以及设置在一对浓缩室C1与C2之间的去离子室D。在图6中，未显示阴极室和阳极室。在去离子室D中，将单一的阴离子交换剂A和阴离子交换剂和阳离子交换剂的混合物M沿所要处理的水的通过方向层叠。换言之，所要处理的水的通过方向上游侧以单一床形式填充有阴离子交换剂，而通过方向下游侧以混合床形式填充有阴离子交换剂和阳离子交换剂。此外，双极性膜BP部分地设置在去离子室D中。具体地，在填充有阴离子交换剂A的区域中，设置双极性膜BP以使得阴离子交换膜1可以与阴离子交换剂A接触。
如果具有极性不同的类型的离子交换剂层层叠在去离子室中，用于水分解反应所需的过电压将从一层至另一层变化，并且从而导致电流的偏流。在下文中，可以将仅包括阳离子交换剂的离子交换剂层称为″阳离子层″，并且可以将仅包括阴离子交换剂的离子交换剂层称为″阴离子层″。可以将包括阳离子交换剂和阴离子交换剂的混合物的离子交换剂层称为″混合层″。
当将阳离子层、阴离子层和混合层关于电阻彼此比较时，电阻以阳离子层、阴离子层和混合层的顺序逐渐升高。换言之，阴离子层的电阻低于混合层的电阻。这意味着在图6中所示的去离子水制备装置中，在电阻上低于混合层的阴离子层与双极性膜接触。因此，电流的偏流更显著。
因此本发明的目标是防止去离子水制备装置中电流的偏流，并且能够实现具有低压和高电流密度的操作。
发明概述
用于制备去离子水的电去离子装置包括至少一个去离子处理单元，所述去离子处理单元包括去离子室和一对浓缩室并且设置在阴极与阳极之间，所述一对浓缩室与所述去离子室的两侧相邻。在所述去离子室中，阴离子交换剂层和阳离子交换剂层以使要处理的水通过其中的最后的离子交换剂层是阴离子交换剂层的顺序层叠。此外，双极性膜设置在去离子室中阴离子交换剂层的阴极侧。双极性膜的阴离子交换膜与阴离子交换剂层接触。
根据本发明，可以防止去离子水制备装置中电流的偏流，并且操作可以用低压和高电流密度进行。
本发明的以上和其他目标、特征和益处将在以下说明书结合附图阅读而变得显然。
附图简述
图1是显示根据本发明的实施方案的去离子水制备装置的实例的示意性构造图。
图2是显示根据本发明的实施方案的去离子水制备装置的另一个实例的示意性构造图。
图3是显示根据本发明的实施方案的去离子水制备装置的另外的实例的示意性构造图。
图4A至4C是各自显示去离子室的修改实例的示意图。
图5A和5B是各自显示比较例的示意图。
图6是显示专利文献1中描述的去离子水制备装置的示意性框图。
实施方案详述
(第一实施方案)
在下文中，将描述根据本发明的实施方案的去离子水制备装置的实例。图1是显示根据实施方案的去离子水制备装置的示意性框图。图1中所示的去离子水制备装置包括设置在包括阴极的阴极室E1与包括阳极的阳极室E2之间的去离子处理单元。去离子处理单元包括去离子室D和与去离子室D的两侧相邻的一对浓缩室C1和C2。
相应的室通过将框架1的内侧通过多个离子交换膜分隔为多个空间形成，并且彼此经由离子交换膜相邻设置。室的排列状态如下从阴极室E1侧开始。也就是，阴极室E1经由第一阴离子交换膜a1与浓缩室C2相邻，并且浓缩室C2与经由第一阳离子交换膜c1与去离子室D相邻。去离子室D经由第二阴离子交换膜a2与浓缩室C1相邻，并且浓缩室C1经由第二阳离子交换膜c2与阳极室E2相邻。
阴极位于阴极室E1中。阴极是金属网或板，例如，不锈钢网或板。
阳极位于阳极室E2中。阳极是金属网或板。当所要处理的水含有C1-时，在阳极中产生氯。因此，具有耐氯性的材料适合用于阳极。实例是金属如铂、钯或铱，或由通过这些金属覆盖的钛制成的材料。
将电极水提供至阴极室E1和阳极室E2。电极水通过电极附近的电解生成氢离子和氢氧根离子。为抑制去离子水制备装置中的电阻，阴极室E1和阳极室E2适宜地填充有离子交换剂。因此，在该实施方案中，阴极室E1以单一床形式填充有阴离子交换剂A，并且阳极室E2以单一床形式填充有阳离子交换剂K。
提供浓缩室C1和C2用于捕获从去离子室D排出的阴离子组分或阳离子组分和用于将组分排出系统。浓缩室C1和C2各自以单一床形式填充有阴离子交换剂A以防止水垢的产生。
去离子室D以多层床形式填充有阴离子交换剂A和阳离子交换剂K。具体地，阴离子交换剂A的层(在下文中，称为″阴离子层A″)和阳离子交换剂K的层(在下文中，称为″阳离子层K″)沿所要处理的水的通过方向交替地层叠。更具体地，第一阴离子层A1设置在水通过方向的前方级，阳离子层K设置在水通过方向的中间级，并且第二阴离子层A2设置在水通过方向的后方级。换言之，流动至去离子室D中的所要处理的水按以下顺序通过阴离子层A1、阳离子层K和阴离子层A2。简言之，在去离子室D中，三个以上离子交换剂层按所要处理的水通过其中的最后的离子交换剂是阴离子交换剂的顺序层叠。
此外，在去离子室D中，设置两个双极性膜BP。具体地，第一双极性膜BP1设置在阴离子层A1与第一阳离子交换膜c1之间。第二双极性膜BP2设置在阴离子层A2与第一阳离子交换膜c1之间。作为通过将阴离子交换膜1和阳离子交换膜2粘贴在一起以将它们结合在一起形成的离子交换膜的双极性膜BP具有迅速地加速阴离子交换膜1和阳离子交换膜2的结合表面上的水分解反应的特性。如图1中所示的，设置第一双极性膜BP1以使得阴离子交换膜1可以与第一阴离子层A1接触。设置第二双极性膜BP2以使得阴离子交换膜1可以与第二阴离子层A2接触。在阳离子层K与第一阳离子交换膜c1之间不设置双极性膜。
在图1中，整体地显示框架1。然而，实际上，对于各自的室设置不同的框架，并且框架彼此连接。对框架1的材料没有特别的限制，条件是材料是绝缘的并且能够减少所要处理的水的泄漏。实例是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS、聚碳酸酯或m-PPE(改性的聚苯醚)的树脂。
接下来，将描述图1中所示的去离子水制备装置中的所要处理的水、处理过的水和浓缩的水的主要流动的概要。使所要处理的水通过RO(反渗透)膜以提供至去离子室D中，并且通过去离子室D。将已经通过去离子室D的所要处理的水作为处理过的水排出系统。将浓缩的水平行提供至浓缩室C1和浓缩室C2，并且通过浓缩室C1和C2以排出系统。
设置一些流动通道U1和U2和L1和L2用于提供如上所述的所要处理的水、处理过的水和浓缩的水。在图1中，在去离子水制备装置上面所示的流动通道U1具有连接至所要处理的水的提供口的一端，和连接至去离子室D的另一端。在去离子水制备装置下面所示的流动通道L1具有连接至去离子室D的一端，和连接至处理过的水的排出口的另一端。在去离子水制备装置上面所示的流动通道U2具有连接至浓缩的水提供口的一端，以及中途分支以连接至浓缩室C1和C2的另一端。在去离子水制备装置下面所示的流动通道L2具有连接至浓缩室C1和C2的一端，以及中间侧并入以连接至浓缩的水的排出口的另一端。虽然未显示，用于提供电极水的流动通道和用于排出所提供的电极水的流动通道分别连接至阴极室E1和阳极室E2。
接下来，将描述具有上述构造的去离子水制备装置的操作和效果。将浓缩的水通过流动通道U2提供至浓缩室C1和浓缩室C2，并且从流动通道L2排出。将电极水通过未显示的流动通道提供至阴极室E1和阳极室E2，并且将所提供的电极水从未显示的流动通道排出。此外，将预定DC电压施加在阴极与阳极之间。
在上述状态下，将所要处理的水通过流动通道U1提供至去离子室D。将所提供的所要处理的水中的阴离子组分(C1-、CO3 2-、HCO3 -或SiO2)和阳离子组分(Na+、Ca2+或Mg2+)在当所要处理的水通过去离子室D时的过程中捕获。在去离子室D中捕获的阴离子组分经由去离子室D并且经由第二阴离子交换膜a2移动至相邻的浓缩室C1，并且之后与通过浓缩室C1浓缩的水一起排出系统。在去离子室D中捕获的阳离子组分经由去离子室D并且经由第一阳离子交换膜c1移动至相邻的浓缩室C2，并且之后与通过浓缩室C2的浓缩的水一起排出系统。
如上所述，在去离子室D中，第一阴离子层A1、阳离子层K和第二阴离子层A2按以上顺序层叠。因此，提供至去离子室D中的所要处理的水首先通过第一阴离子层A1，之后通过阳离子层K，并且最后通过第二阴离子层A2。在这种情况下，在其中所要处理的水通过每个层的过程中，将阴离子组分或阳离子组分如上所述移除。
如上所述，电流的偏流当将具有极性不同的类型的离子交换剂层层叠在去离子室D中时出现。还如上所述，当比较阳离子和阴离子层的电阻时，阴离子层的电阻高于阳离子层的电阻。图1中所示的阴离子层A的电阻高于图1中所示的阳离子层K的电阻。因此，在根据该实施方案的去离子水制备装置中，将双极性膜BP设置在去离子室D的阴离子层A和与阴离子层A相邻的第一阳离子交换膜c1之间。此外，设置每个双极性膜BP以使得阴离子交换膜1可以与阴离子层A接触。换言之，将去离子室D中的两个阴离子层A1和A2不连接至第一阳离子交换膜c1但连接至双极性膜BP1和BP2的阴离子交换膜1。因此，归因于流动通过阴离子层A1和A2的电流的量上的增加，电流的偏流消除或减少。在阳离子层K与离子交换膜之间不设置双极性膜。
此外，在根据该实施方案的去离子水制备装置中，所要处理的水通过第一阴离子层A1，之后通过阳离子层K，并且通过第二阴离子层A2。换言之，在根据该实施方案的去离子水制备装置中，所要处理的水交替地通过阴离子层和阳离子层。
当所要处理的水的pH低时，阴离子交换剂的阴离子组分捕获性能高，并且当所要处理的水的pH高时阳离子交换剂的阳离子组分捕获性能高。因此，根据其中所要处理的水按以下顺序通过阴离子层A1、阳离子层K和第二阴离子层A2的实施方案的构造，阴离子组分经由通过阴离子层A1的通道移除，并且其中pH升高的所要处理的水之后通过阳离子层K。因此，阳离子移除反应在阳离子层K中加速。此外，阳离子组分经由通过阳离子层K的通道移除，并且其中pH降低的所要处理的水之后通过阴离子层A2。因此，阴离子移除反应在阴离子层A2中加速。换言之，阴离子组分和阳离子组分两者的移除性能提高，并且处理过的水的纯度进一步提高。
在根据该实施方案的去离子水制备装置中，双极性膜形成在预定离子交换膜上。然而，离子交换膜的一部分可以被双极性膜代替，并且可以通过该代替提供与上面描述的那些相似的操作效果。例如，图1中所示的第一阳离子交换膜c1的一部分(与阴离子层A1或A2接触的部分)可以被双极性膜代替。
(第二实施方案)
在下文中，将参考附图描述根据本发明的实施方案的去离子水制备装置的另一个实例。除了包括阴极室与阳极室之间的多个去离子处理单元之外，根据该实施方案的去离子水制备装置具有与根据第一实施方案的去离子水制备装置类似的构造。因此，仅将描述与根据第一实施方案的去离子水制备装置的那些不同的组件，而将省略相同的组件的描述。
图2是显示根据实施方案的去离子水制备装置的示意性框图。图2中所示的去离子水制备装置包括阴极室E1与阳极室E2之间的两个去离子处理单元。在两个去离子处理单元中，相对地位于阳极侧的第一去离子处理单元包括去离子室D1和与去离子室D1的两侧相邻的一对浓缩室C1和C2。另一方面，相对地位于阴极侧的第二去离子处理单元包括去离子室D2和与去离子室D2的两侧相邻的一对浓缩室C2和C3。
构成相应的去离子处理室的去离子室D1和D2在构造上与图1中所示的去离子室D类似。换言之，在去离子室D1和D2的每一个中，阴离子层A和阳离子层K沿所要处理的水的通过方向交替地层叠。更具体地，第一阴离子层A1设置在水通过方向的前方级，阳离子层K设置在水通过方向的中间级，并且第二阴离子层A2设置在水通过方向的后方级。因此，在根据该实施方案的去离子水制备装置中，如在上述情况下，已经流动至去离子室D1和D2中的所要处理的水按以下顺序通过阴离子层A1、阳离子层K和阴离子层A2。
此外，在去离子室D1和D2的每个中，设置第一双极性膜BP1和第二双极性膜BP2。具体地，去离子室D1中的第一双极性膜BP1设置在阴离子层A1与第二阳离子交换膜c2之间。第二双极性膜BP2设置在阴离子层A2与第二阳离子交换膜c2之间。另一方面，在阳离子层K与离子交换膜之间不设置双极性膜。
去离子室D2中的第一双极性膜BP1设置在阴离子层A1与第一阳离子交换膜c1之间。第二双极性膜BP2设置在阴离子层A2与第一阳离子交换膜c1之间。另一方面，在去离子室D2中的阳离子层K与离子交换膜之间不设置双极性膜。
接下来，将描述图2中所示的去离子水制备装置中所要处理的水、处理过的水和浓缩的水的主要流动的概要。在水通过RO(反渗透)膜之后，将所要处理的水提供至去离子室D1和D2中，并且之后使其通过去离子室D1和D2。将通过去离子室D1和D2的所要处理的水作为处理过的水排出系统。将浓缩的水平行提供至浓缩室C1、浓缩室C2和浓缩室C3，并且通过浓缩室C1至C3以排出系统。
一些流动通道U1和U2和L1和L2设置用于提供如上所述的所要处理的水、处理过的水和浓缩的水。在图2中，在去离子水制备装置上面所示的流动通道U1具有连接至所要处理的水的提供口的一端，以及在中途侧分支以连接至去离子室D1和D2的另一端。在去离子水制备装置下面所示的流动通道L1具有连接至去离子室D1和D2的一端，以及在中途侧并入以连接至处理过的水的排出口的另一端。去离子水制备装置上面所示的流动通道U2具有连接至浓缩的水的提供口的一端，以及中途侧分支以连接至浓缩室C1、C2和C3的另一端。去离子水制备装置下面所示的流动通道L2具有连接至浓缩室C1、C2和C3的一端和中途侧并入以连接至浓缩的水的排出口的另一端。虽然未显示，用于提供电极水的流动通道和用于排出所提供的电极水的流动通道分别连接至阴极室E1和阳极室E2。
在根据该实施方案的去离子水制备装置中，如在上述情况下，每个去离子室中的阴离子层不与阳离子交换膜接触，而是与双极性膜的阴离子交换膜接触。因此，归因于流动通过阴离子层的电流的量上的增加，电流的偏流被消除或减少。
在根据该实施方案的去离子水制备装置中，如在上述情况下，可以将彼此分隔去离子室和浓缩室的离子交换膜的部分用双极性膜替换。例如，可以将图2中所示的第一阳离子交换膜c1和第二阳离子交换膜c2的部分(与阴离子层A1和A2接触的部分)用双极性膜替换。
(第三实施方案)
在下文中，将参考附图描述根据本发明的实施方案的去离子水制备装置的另一个实例。根据该实施方案的去离子水制备装置具有与根据第二实施方案的去离子水制备装置的基本构造相似的基本构造。根据该实施方案的去离子水制备装置和根据第二实施方案的去离子水制备装置之间的主要不同是以下两项。一个不同是三个去离子处理单元设置在根据该实施方案的去离子水制备装置中的阴极室和阳极室之间。另一个不同是浓缩室也充当根据该实施方案的去离子水制备装置中的电极室。
图3是显示根据该实施方案的去离子水制备装置的示意性框图。图3中所示的去离子水制备装置包括阴极室E1与阳极室E2之间的三个去离子处理单元。在三个去离子处理单元中，位于中间的第一去离子处理单元包括去离子室D2和与去离子室D2的两侧相邻的一对浓缩室C1和C2。位于比第一去离子处理单元更接近阳极侧之处的第二去离子处理单元包括去离子室D1和与去离子室D1的两侧相邻的一对浓缩室C1和C4。位于比第一去离子处理单元更接近阴极侧之处的第三去离子处理单元包括去离子室D3和与去离子室D3的两侧相邻的一对浓缩室C2和C5。
浓缩室C4填充有阳离子交换剂，并且阳极板设置在浓缩室C4中。浓缩室C5填充有阴离子交换剂，并且阴极板设置在浓缩室C5中。换言之，浓缩室C4也充当阳极室，而浓缩室C5也充当阴极室。
可以设置阳极板也充当图1中所示的浓缩室C1中的阳极室，并且阴极板可以设置为也充当浓缩室C2中的阴极室。阳极板可以设置为也充当图2中所示的浓缩室C1中的阳极室，并且阴极板可以设置为也充当浓缩室C3中的阴极室。在这些情况下，也充当阳极室的浓缩室填充有阳离子交换剂。
在根据该实施方案的去离子水制备装置中，如在上述情况下，去离子室D1、D2和D3具有与图1中所示的去离子室D相似的构造。换言之，在去离子室D1、D2和D3的每一个中，阴离子层A和阳离子层K沿所要处理的水的通过方向交替地层叠。更具体地，第一阴离子层A1设置在水通过方向的前方级，阳离子层K设置在水通过方向的中间级，并且第二阴离子层A2设置在水通过方向的后方级。因此，在根据该实施方案的去离子水制备装置中，流至去离子室D1、D2和D3中的所要处理的水按以下顺序通过阴离子层A1、阳离子层K和阴离子层A2。
此外，在去离子室D1、D2和D3的每一个中，设置第一双极性膜BP1和第二双极性膜BP2。具体地，去离子室D1中的第一双极性膜BP1设置在阴离子层A1与第三阳离子交换膜c3之间。第二双极性膜BP2设置在阴离子层A2与第三阳离子交换膜c3之间。在去离子室D1中的阳离子层K与离子交换膜之间不设置双极性膜。
去离子室D2中的第一双极性膜BP1设置在阴离子层A1与第二阳离子交换膜c2之间。第二双极性膜BP2设置在阴离子层A2与第二阳离子交换膜c2之间。在去离子室D2中的阳离子层K与离子交换膜之间不设置双极性膜。
此外，去离子室D3中的第一双极性膜BP1设置在阴离子层A1与第一阳离子交换膜c1之间。第二双极性膜BP2设置在阴离子层A2与第一阳离子交换膜c1之间。在去离子室D3中的阳离子层K与离子交换膜之间不设置双极性膜。
根据该实施方案的去离子水制备装置中的所要处理的水、处理过的水和浓缩的水的流动以及流动通道构造与根据第二实施方案的去离子水制备装置的那些基本上相似，并且因此将省略其描述。
[第四实施方案]
描述了其中当三个以上阴离子和阳离子层层叠在去离子室中时将双极性膜设置在阴离子层与阳离子交换膜之间的情况。然而，去离子室中的电阻归因于多种因素改变。另一方面，本发明的目标是通过消除或减少去离子室中电流的偏流实现用低压和高电流密度的操作。因此，当需要时可以将双极性膜另外地设置在阳离子层与阴离子交换膜之间，并且这种形式也在本发明的范围内。
图4A至4C显示图1中所示的去离子室D的改性实例。所示的点划线显示所要处理的水在去离子室D中的通过方向。
在图4A中所示的去离子室D中，阴离子层A和阳离子层K沿所要处理的水的通过方向交替地层叠。更具体地，第一阴离子层A1设置在水通过方向的前方级，阳离子层K设置在水通过方向的中间级，并且第二阴离子层A2设置在水通过方向的后方级。
三个双极性膜BP设置在去离子室D中。第一双极性膜BP1设置在阴离子层A1与第一阳离子交换膜c1之间。第二双极性膜BP2设置在阴离子层A2与第一阳离子交换膜c1之间。第三双极性膜BP3设置在阳离子层K与第二阴离子交换膜a2之间。
设置第一双极性膜BP1和第二双极性膜BP2以使得阴离子交换膜1可以与阴离子层A接触。设置第三双极性膜BP3以使得阳离子交换膜2可以与阳离子层K接触。
在图4B中所示的去离子室D中，阴离子层A和阳离子层K沿所要处理的水的通过方向交替地层叠为四层。更具体地，第一阳离子层K1、第一阴离子层A1、第二阳离子层K2和第二阴离子层A2按以上顺序沿所要处理的水的通过方向设置。
在去离子室D中，设置两个双极性膜BP。第一双极性膜BP1设置在阴离子层A1与第一阳离子交换膜c1之间。第二双极性膜BP2设置在阴离子层A2与第一阳离子交换膜c1之间。此外，设置第一双极性膜BP1和第二双极性膜BP2以使得阴离子交换膜1可以与阴离子层A接触。在阳离子层K1和K2与第二阴离子交换膜a2之间不设置双极性膜。
在图4C中所示的去离子室D中，阴离子层A和阳离子层K沿所要处理的水的通过方向交替地层叠为四层。更具体地，第一阳离子层K1、第一阴离子层A1、第二阳离子层K2和第二阴离子层A2按以上顺序沿所要处理的水的通过方向设置。
在去离子室D中，设置三个双极性膜BP。第一双极性膜BP1设置在阴离子层A1与第一阳离子交换膜c1之间。第二双极性膜BP2设置在阴离子层A2与第一阳离子交换膜c1之间。第三双极性膜BP3设置在阳离子层K1与第二阴离子交换膜a2之间。
此外，设置第一双极性膜BP1和第二双极性膜BP2以使得阴离子交换膜1可以与阴离子层A接触。设置第三双极性膜BP3以使得阳离子交换膜2可以与阳离子层K1接触。在阳离子层K2与第二阴离子交换膜a2之间不设置双极性膜。
包含根据本发明的用于制备去离子水的电去离子装置的去离子室或浓缩室的厚度可以自由地改变。例如，在每个实施方案中，每个室通过一个框架形成。然而，室的厚度可以通过使用多个层叠框架以形成任意的室而增加。
(比较试验)
为确认本发明的效果，进行以下比较试验。首先，作为根据本发明的去离子水制备装置，制备两个去离子水制备装置。一个是图1中所示的去离子水制备装置，并且在下文中称为″实施例1″。另一个是其中将图1中所示的去离子室D用图4B中所示的去离子室D替换的去离子水制备装置，并且在下文中称为″实施例2″。
此外，作为比较例，制备两个去离子水制备装置。一个是仅在去离子室的构造上与实施例1不同的去离子水制备装置，并且在下文中称为″比较例1″。另一个是与实施例2仅在去离子室的构造上不同的去离子水制备装置，并且在下文中称为″比较例2″。
图5A显示根据比较例1的去离子室D的构造，并且图5B显示根据比较例2的去离子室D的构造。如从图5A显见的，实施例1与比较例1之间的不同仅是在去离子室D存在或者不存在双极性膜。如从图5B显见的，实施例2与比较例2之间的不同仅是在去离子室D中存在或不存在双极性膜。
在目前的比较试验中，在实施例1和2与比较例1和2之间共同的规格的条件、通过水流速以及供应水如下。CER是阳离子交换剂(阳离子交换树脂)的缩写，并且AER是阴离子交换剂(阴离子交换树脂)的缩写。
-阳极室：尺寸100×300×4mm填充有CER
-阴极室：尺寸100×300×4mm填充有AER
-去离子室：尺寸100×300×8mm填充有AER／CER(层叠)
-浓缩室：尺寸100×300×4mm填充有AER
-去离子室流动速率：100L／h(二次RO渗透水5±1μS／cm)
-浓缩室流动速率：10L／h(二次RO渗透水5±1μS／cm)
-电极室流动速率：10L／h(二次RO渗透水5±1μS／cm)
-所施加的电流值：3A
在这些条件下，将实施例1和2和比较例1和2的装置连续操作200小时，并且测量当开始操作时和开始之后200小时之后的操作电压和处理过的水品质。表1显示测量结果。
如可以从表1明白的，在其中设置双极性膜的构造中即使在200小时的操作之后，电压增加也被限制(实施例1和2)，并且获得高的处理过的水品质。另一方面，在其中未设置双极性膜的构造(比较例1和2)中，电压增加，并且处理过的水的品质低。
[表1]
已经详细描述了本发明的优选的实施方案。然而，应当明白的是，可以对本发明进行多种变更和修改而不脱离所附权利要求的精神和范围。
本申请要求2011年8月4日提交的日本专利申请号2011-170943的优先权，其在本文通过引用以其全部内容结合在此。
附图标记
1框架
A阴离子交换剂(阴离子层)
K阳离子交换剂(阳离子层)
BP双极性膜
E1阴极室
E2阳极室
C1至C5浓缩室
D去离子室
D1至D3去离子室
a1至a3阴离子交换膜
c1至c3阳离子交换膜
U1至U2，L1至L2流动通道

Claims (4)

1.一种用于制备去离子水的电去离子装置，所述用于制备去离子水的电去离子装置包括：
至少一个去离子处理单元，所述去离子处理单元设置在阴极与阳极之间，所述去离子处理单元包括去离子室和一对浓缩室，所述一对浓缩室与所述去离子室的两侧相邻，其特征在于：
在所述去离子室中，阴离子交换剂树脂层和阳离子交换剂树脂层以使要处理的水所通过的最后的离子交换剂树脂层是阴离子交换剂树脂层的顺序层叠；并且
在所述去离子室中的所述阴离子交换剂树脂层的阴极侧形成双极性膜，并且所述双极性膜中的阴离子交换膜与所述阴离子交换剂树脂层接触，其中所述双极性膜消除或减少流动通过所述阴离子交换剂树脂层的电流和流动通过所述阳离子交换剂树脂层的电流之间的偏流。
2.根据权利要求1所述的用于制备去离子水的电去离子装置，其中
在所述去离子室中设置至少两个阴离子交换剂树脂层，并且在每个阴离子交换剂树脂层的阴极侧形成所述双极性膜。
3.根据权利要求2所述的用于制备去离子水的电去离子装置，其中：
在所述去离子室中设置至少两个阳离子交换剂树脂层，并且在至少一个阳离子交换剂树脂层的阳极侧安置另一个双极性膜；并且
设置在所述阳离子交换剂树脂层的阳极侧的所述另一个双极性膜的阳离子交换膜与所述阳离子交换剂树脂层接触。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的用于制备去离子水的电去离子装置，其中在所述去离子室中的所述阴离子交换剂树脂层的阴极侧形成的所述双极性膜是用于将所述去离子室和所述浓缩室彼此分隔的离子交换膜的一部分。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6998324B2 (ja) * 2016-12-22 2022-01-18 オルガノ株式会社 脱イオン水製造システム、電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法
JP6532554B1 (ja) * 2018-01-19 2019-06-19 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4871431A (en) * 1988-07-11 1989-10-03 Ionics, Incorporated Apparatus for the removal of dissolved solids from liquids using bipolar membranes
US5954935A (en) * 1994-05-30 1999-09-21 Forschuugszentrum Julich GmbH Electrolytic cell arrangement for the deionization of aqueous solutions
CN1585727A (zh) * 2002-07-08 2005-02-23 栗田工业株式会社 用于对水进行电去离子的设备
JP2005052766A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Nippon Rensui Co Ltd 電気再生式純水製造装置
JP2009241024A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Kurita Water Ind Ltd 薬品精製用電気脱イオン装置及び薬品精製方法
JP2010234358A (ja) * 2009-03-10 2010-10-21 Japan Organo Co Ltd 脱イオンモジュール及び電気式脱イオン水製造装置

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8332089D0 (en) * 1983-12-01 1984-01-11 Atomic Energy Authority Uk Electrodes
JPH0757308B2 (ja) 1987-12-10 1995-06-21 株式会社トクヤマ 電気透析槽
JPH0471683A (ja) 1990-07-10 1992-03-06 Yukio Nakagawa 電極での放電イオンの代替法と、塩水の淡化濃縮並びに純水製造への応用
WO2002083770A1 (fr) 2001-04-13 2002-10-24 Organo Corporation Echangeur d'ions poreux composite et son procede de fabrication, module de desionisation utilisant cet echangeur d'ions et dispositif de production d'eau desionisee
US6649037B2 (en) 2001-05-29 2003-11-18 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
JP2003190820A (ja) 2001-12-27 2003-07-08 Ebara Corp 電気式脱塩装置
JP3729349B2 (ja) * 2002-05-13 2005-12-21 株式会社荏原製作所 電気再生式脱塩装置
US7763157B2 (en) * 2003-04-11 2010-07-27 Millipore Corporation Electrodeionization device
JP4363587B2 (ja) * 2003-06-09 2009-11-11 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置の運転方法及び電気式脱イオン水製造装置
JP2005052767A (ja) 2003-08-06 2005-03-03 Nippon Rensui Co Ltd 電気再生式純水製造装置
JP3681124B1 (ja) 2004-02-09 2005-08-10 日立マクセル株式会社 純水生成装置または軟水生成装置
JP4853610B2 (ja) * 2005-08-31 2012-01-11 栗田工業株式会社 硫酸イオンを含むメッキ液の再生装置及び硫酸イオン除去方法
US7427342B2 (en) 2006-06-02 2008-09-23 General Electric Company Method and apparatus for shifting current distribution in electrodeionization systems
AU2007345554B2 (en) * 2007-02-01 2012-07-19 General Electric Company Desalination method and device comprising supercapacitor electrodes
CA2707214A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-11 Siemens Water Technologies Corp. Systems and methods for water treatment
JP5383310B2 (ja) 2009-05-13 2014-01-08 オルガノ株式会社 脱イオンモジュール及び電気式脱イオン水製造装置
JP5431196B2 (ja) * 2009-03-12 2014-03-05 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置及びその運転方法
JP5586979B2 (ja) 2009-05-14 2014-09-10 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置及びその運転方法
US8871073B2 (en) * 2010-06-03 2014-10-28 Organo Corporation Electrodeionization apparatus for producing deionized water
JP5489867B2 (ja) * 2010-06-03 2014-05-14 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置
WO2011152227A1 (ja) * 2010-06-03 2011-12-08 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置
JP5695926B2 (ja) * 2011-02-08 2015-04-08 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4871431A (en) * 1988-07-11 1989-10-03 Ionics, Incorporated Apparatus for the removal of dissolved solids from liquids using bipolar membranes
US5954935A (en) * 1994-05-30 1999-09-21 Forschuugszentrum Julich GmbH Electrolytic cell arrangement for the deionization of aqueous solutions
CN1585727A (zh) * 2002-07-08 2005-02-23 栗田工业株式会社 用于对水进行电去离子的设备
JP2005052766A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Nippon Rensui Co Ltd 電気再生式純水製造装置
JP2009241024A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Kurita Water Ind Ltd 薬品精製用電気脱イオン装置及び薬品精製方法
JP2010234358A (ja) * 2009-03-10 2010-10-21 Japan Organo Co Ltd 脱イオンモジュール及び電気式脱イオン水製造装置

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