CN104250035A - 电驱动脱离子装置及采用该装置处理水的方法 - Google Patents

Abstract

一种电驱动脱离子装置，其包括：间隔设置的一阳极及一阴极，阳极和阴极之间定义一腔室；一填充层填充于该腔室，该填充层通过绝缘隔膜分别与阳极和阴极绝缘设置；其中，所述填充层由具有电容性的导电颗粒组成。本发明进一步提供一种应用该电驱动脱离子装置处理水的方法。

Description

电驱动脱离子装置及采用该装置处理水的方法

技术领域

本发明涉及一种电驱动脱离子装置及采用该装置处理水的方法。

背景技术

采用电化学方法处理水质，特别是以电渗析、电吸附等为主的电驱动方法，是目前较常用的处理水质的方法。电驱动处理水质的方法具有操作简单、能耗较低等优点，从而成为人们关注的热点。电驱动处理水质的方法可以被用作处理含有离子的水溶液，将离子与水进行分离，从而得到较为纯净的水。电驱动处理水质的方法可以被用于如海水脱盐处理、水中的离子提纯、硬水软化等领域。

现有的电驱动处理水质的方法中，如何加快离子迁移从而实现离子和水的快速分离是目前研究要解决的主要问题之一。目前已有的加快电驱动过程的方法是在电驱动装置腔体中填充离子交换树脂，利用离子交换的作用实现离子在脱离子过程的快速迁移和消除。但是离子交换树脂价格比较高，而且在生产制造过程中存在较为严重的污染，因此亟待寻求一种新的提高电驱动过程的装置及方法。

发明内容

因此，为克服上述缺点，本发明提供一种电驱动脱离子装置及采用该装置处理水的方法。

一种电驱动脱离子装置，其包括：间隔设置的一阳极及一阴极，阳极和阴极之间定义一腔室；一填充层填充于该腔室，该填充层通过绝缘隔膜分别与阳极和阴极绝缘设置；其中，所述填充层包括多个具有电容性的导电颗粒。

一种电驱动处理水质的方法，其包括以下步骤：提供一电驱动脱离子装置，其包括：间隔设置的一阳极及一阴极，阳极和阴极之间定义一腔室；一填充层填充于该腔室，该填充层通过绝缘隔膜分别与阳极和阴极绝缘设置，所述填充层包括多个具有电容性的导电颗粒；将阳极和阴极与一电源电连接，该电源使阳极和阴极之间形成电场，待处理的水中的离子在电场中发生迁移，流经具有电容性的导电颗粒的表面，分别移向阴阳极与水脱离。

发明所提供的电驱动脱离子装置在使用时，由于填充层中具有电容性的导电颗粒的存在，被处理的水中阴阳离子在发生迁移的过程中，流经具有电容性的导电颗粒的表面，此时，由于具有电容性的导电颗粒本身的特性，其表面形成有双电层，双电层表面的电荷密度较高使得离子在电场作用下迁移的阻力更小，从而提高离子的迁移速度，进而提高水的脱离子速度。因此，本发明提供的电驱动脱离子装置在对水进行脱离子处理时，具有更快的速度。

附图说明

图1为本发明提供的电驱动脱离子装置的结构示意图。

主要元件符号说明

阴极	10
		外部电路	11
供电系统	12
		阴极集电体	13
阴极材料层	14
		阴极隔膜	15
填充层	16
		阳极集电体	17
阳极材料层	18
		阳极隔膜	19
阳极	20
		腔室	30
具有电容性的导电颗粒	40

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参见图1，本发明提供一种电驱动脱离子装置，其包括：间隔设置的一阴极10及一阳极20，阴极10和阳极20之间定义一腔室30；一填充层16填充于该腔室30，该填充层16通过阴极隔膜15和阳极隔膜19分别与阴极10和阳极20绝缘设置；其中，所述填充层16包括多个具有电容性的导电颗粒。进一步地，所述阴极10和阳极20通过一外部电路11与一供电系统12电连接。

所述阴极10包括一阴极材料层14及一阴极集电体13。该阴极材料层14通过阴极集电体13与外部电路连接。阴极材料层14的材料可以从常规的阴极材料中选择，普通的电渗析或电吸附中用到的阴极材料均可用作阴极材料层14。本实施例中，阴极材料层14的材料为活性碳纤维。

所述阳极20包括一阳极材料层18及一阳极集电体17。该阳极材料层18通过阳极集电体4与外部电路连接。阳极材料层18的材料可以从常规的阳极材料中选择，普通的电渗析或电吸附中用到的阳极材料均可用作阳极材料层18。本实施例中，阳极材料层18的材料为活性碳纤维。

所述阴极隔膜15设置于阴极材料层14的表面，即，阴极材料层14位于阴极隔膜15和阴极集电体13之间。所述阳极隔膜19设置于阳极材料层18的表面，即，阳极材料层18位于阳极隔膜19和阳极集电体17之间。所述填充层16填充于阴极10和阳极20之间，通过阴极隔膜15和阳极隔膜19分别与所述阴极10和阳极20绝缘设置。所述阴极隔膜15和/或阳极隔膜19的材料为离子交换材料或绝缘多孔材料，可以使被处理的水质中的离子通过，同时保证填充层16与阴极10和阳极20绝缘设置。所述阴极隔膜15和/或阳极隔膜19可以为离子交换膜，也可以为普通的绝缘多孔膜。本实施例中，阴极隔膜15为阳离子交换膜，阳极隔膜19为阴离子交换膜，其材料均为高分子材料。

所述填充层16由多个具有电容性的导电颗粒40组成。所述具有电容性的导电颗粒40可以为活性碳颗粒、碳纤维或碳纳米管。优选地，该具有电容性的导电颗粒40为活性碳颗粒。具有电容性的导电颗粒40填满腔室30，相互之间紧密接触，形成具有多孔结构的填充层16。具有电容性的导电颗粒40之间紧密接触可以通过如下方式实现：将具有电容性的导电颗粒40填充于腔室30中之后，采用一定的压力进一步压实压紧。填充层16可通过一盖体封装于腔室30中，盖体上可留有注水口。被处理的水注入填充层16之后，填充于填充层16的孔隙，也可以为填充层16浸入被处理的水中。所述具有电容性的导电颗粒40的粒径不限。具有电容性的导电颗粒40的粒径越小，填充层16的比表面积越大，与被处理的水质的接触面积也越大；但是，当具有电容性的导电颗粒40的粒径较小时，容易使电驱动脱离子装置内部发生堵塞，如，阴极隔膜15和/或阳极隔膜19被具有电容性的导电颗粒40堵塞。因此，为保证电驱动脱离子装置的正常使用，具有电容性的导电颗粒40的粒径优选为100微米至0.5厘米。

本发明所提供的电驱动脱离子装置在使用时，需要脱离子的水注入电驱动脱离子装置中，使待处理的水填充于填充层16的孔隙中或者使填充层16浸入该待处理的水中。当通过供电系统12对阴极10和阳极20之间施加电流时，被处理的水中的离子发生迁移。即，阴离子向阳极20移动，阳离子向阴极10移动。在此移动的过程中，由于填充层16中具有电容性的导电颗粒40的存在，阴阳离子在发生迁移的过程中，流经具有电容性的导电颗粒40的表面，此时，由于具有电容性的导电颗粒40本身的特性，其表面形成有双电层，双电层使得阴阳离子在固体表面的滑移更快，从而提高离子的迁移速度，进而提高水的脱离子速度。因此，本发明提供的电驱动脱离子装置在对水进行脱离子处理时，具有更快的速度。所述电驱动脱离子处理装置可以用于需要通过电驱动方法（包括电渗析和电吸附）去除离子的液体的处理，并不局限于水的处理。

所述电驱动脱离子装置在脱盐工艺中具有良好的应用前景。以下将结合实施例，说明所述电驱动脱离子装置在氯化钠溶液脱盐中的应用。

本实施例所提供的氯化钠溶液脱盐的过程中，采用的电驱动脱离子装置的具体结构为：阴极集电体13和阳极集电体17的材料为钛片；阴极材料层14和阳极材料层18的材料为活性炭纤维；阴极隔膜15为阳离子交换膜、阳极隔膜19是阴离子交换膜；填料层6由为活性炭颗粒组成。向该电驱动脱离子装置提供电源的供电系统12为恒电位仪。

本实施例中的氯化钠溶液脱盐工作过程：将氯化钠溶液注入电驱动脱离子装置的腔室中，使氯化钠溶液填充于填料层6中或填料层浸入氯化钠溶液中；供电系统12对电驱动脱离子装置提供直流恒压电场，使阴阳离子在直流电场作用下向两极运动而吸附在两个电极的表面，使氯化钠溶液中的离子脱离氯化钠溶液，从而实现脱盐。本实施例中，中间填料层厚度为2cm,直流电压为1.2V，初始氯化钠溶液中盐的浓度为56mg/L，通电时间为1.5小时。由于填料表面具有双电层，其电荷密度较高，从而使得离子迁移的阻力降低，加速离子的迁移，实现电吸附脱盐的脱盐速度的提高。本实施例中，脱盐速度为21.7mg/(L·h)，脱盐速度较快。

为了更好地说明本发明的电驱动脱离子装置具有较快的脱离子速度，采用不含填料层6的传统电驱动脱离子装置进行对比试验。在对比试验中，采用传统的电驱动脱离子装置对初始浓度同样为56毫克/升的氯化钠溶液进行脱盐处理，直流电压同样为1.2V，通电时间同样为1.5小时，其脱盐速度则为8.1mg/(L·h)。由此可见，本发明提供的电驱动脱离子装置中，由于含有填料层，其脱盐速度相对于传统的电驱动脱离子装置脱盐速度提高了168%，即，使脱盐速度大幅增加。

本发明所提供的电驱动脱离子装置引入填料层，填料层的由电容性的导电颗粒组成。由于填料层的存在，大幅度提高了脱离子的速度。而且，填料层的材料可以为碳颗粒、碳纤维或碳纳米管，这些材料的成本较低，且不会对环境造成污染。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种电驱动脱离子装置，其包括：间隔设置的一阳极及一阴极，阳极和阴极之间定义一腔室；一填充层填充于该腔室，该填充层通过隔膜分别与阳极和阴极绝缘设置；其特征在于，所述填充层包括多个具有电容性的导电颗粒。

2.如权利要求1所述的电驱动脱离子装置，其特征在于，所述填充层由具有电容性的导电颗粒组成。

3.如权利要求1或2所述的电驱动脱离子装置，其特征在于，所述具有电容性的导电颗粒为活性碳颗粒、碳纤维或碳纳米管。

4.如权利要求1或2所述的电驱动脱离子装置，其特征在于，所述具有电容性的导电颗粒的粒径为100微米至0.5厘米。

5.如权利要求1所述的电驱动脱离子装置，其特征在于，所述具有电容性的导电颗粒之间紧密接触。

6.如权利要求1所述的电驱动脱离子装置，其特征在于，所述隔膜为离子交换膜或绝缘多孔隔膜。

7.根据权利要求1所述的电驱动脱离子装置，其特征在于，所述电驱动脱离子装置用作电渗析或电吸附中。

8.一种电驱动处理水的方法，其包括以下步骤：

提供一电驱动脱离子装置，其包括：间隔设置的一阳极及一阴极，阳极和阴极之间定义一腔室；一填充层填充于该腔室，该填充层通过绝缘隔膜分别与阳极和阴极绝缘设置，所述填充层由具有电容性的导电颗粒组成；

将待处理的水注入该电驱动脱离子装置的腔室中，被处理的水中含有需要去除的离子；

将阳极和阴极与一电源电连接，该电源使阳极和阴极之间形成电场，待处理的水中的离子在电场中发生迁移，流经具有电容性的导电颗粒的表面，分别移向阴阳极与水脱离。

9.如权利要求1所述的电驱动处理水的方法，其特征在于，电容性的导电颗粒的表面形成有双电层，双电层表面的电荷密度较高使得离子在电场作用下迁移的阻力更小。

10.如权利要求1电驱动处理水的方法，其特征在于，所述水为含有离子的溶液，所述脱离子过程为溶液的脱离子过程。