CN104870372A

CN104870372A - 离子吸收/解吸装置和其方法以及ph调节器

Info

Publication number: CN104870372A
Application number: CN201380067565.5A
Authority: CN
Inventors: 金建余; 王广伟; 胡培新
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-08-26

Abstract

本发明提供了一种离子吸收/解吸装置及相应的方法。离子吸收装置可包括：电极对(12，14)，所述电极对(12，14)中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶(16a)覆盖，当电压被施加在所述电极对(12，14)上时，所述凝胶(16a)吸收液体(26a)中的离子。使用带官能团的离子可渗透凝胶覆盖电极可以有利于液体中的阳离子和/或阴离子与凝胶中的官能团的螯合，从而在凝胶中固定这些离子，以提高吸收效率。

Description

离子吸收/解吸装置和其方法以及PH调节器

技术领域

本发明涉及一种离子吸收/解吸装置和其方法以及PH调节器，具体地涉及利用凝胶执行对液体中离子的吸收/解吸。

背景技术

矿物离子，包括诸如钠、钙、铁、铜离子之类的阳离子和诸如氯化物、溴化物、硫酸盐和碳酸根离子之类的银离子，被认为是在水中溶解的主要溶质。在人们的日常生活和工作中，例如在水溶液中不需要的离子通常需要被去除。本领域技术人员曾经采用在盐水室中填充无机氧化物凝胶以重建诸如在US3847788中公开的电渗析装置。当凝胶与浓缩盐水溶液接触时，脱水收缩发生，因此电解质渗出，如果从凝胶中溢出，这消除盐水流，从而降低存储、泵送和管道输送需求。然而，这样的装置仍有不足，例如复杂的结构，结垢问题，在去离子期间同时产生不需要的盐水溶液，这在家庭使用中带来麻烦。

发明内容

鉴于上述问题，用于提高离子吸收速率和吸收效率的离子吸收装置是本领域急需的。

因此，本发明的一个目的在于解决所述问题中的至少一个。

根据本发明的第一个方面，提供了一种离子吸收装置，该装置可包括：电极对，所述电极对中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶覆盖，当将电压施加到电极对上时，凝胶吸收液体中的离子。通过具有官能团的离子可渗透凝胶覆盖电极有利于液体中的诸如钠、钙、铁、铜离子的阳离子和诸如氯化物、溴化物、硫酸盐和碳酸根离子的阴离子与凝胶中的官能团的螯合，从而在凝胶中固定这些离子，以提高吸收效率。此外，在本发明的各实施中所使用的是离子可渗透凝胶，这样的离子可渗透凝胶在溶液中是可膨胀的，它一方面吸收溶液中的水，并且在另一方面牢固地吸收溶液中不需要的离子。不同于例如在US3847788中所使用的无机氧化物凝胶，这里所使用的凝胶即使在高浓度盐被吸收时，也不会渗出电解质，这抑制了不需要的盐水溶液的同时产生。

在本发明的一个实施例中，其中所用的凝胶可包含天然聚合物或合成聚合物。

在本发明的另一个实施例中，其中天然聚合物可以包括：琼脂糖、甲基纤维素和透明质酸；合成聚合物可以包括：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合物和共聚物。

在本发明的进一步的实施例中，离子吸收装置可进一步包括：在电极对中的至少一个电极与凝胶之间的导电材料，该导电材料包括以下中的至少一种：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布。至少一个电极与凝胶之间的导电材料有利于凝胶更好地覆盖电极，从而提高它们之间的结合力。

根据本发明的第二个方面，提供了一种包含所述离子吸收装置的pH调节器。电极对中的一个电极被凝胶覆盖，当电压被施加到电极对上时，凝胶吸收液体中的H⁺或OH^-离子。通过使用本发明的pH调节器，可以基于用户需求生成具有不同pH值的酸性水或碱性水。

根据本发明的第三个方面，提供了一种离子解吸装置，其可以包括：电极对，所述电极对中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶覆盖，当反向电压被施加在电极对上时，凝胶将该凝胶中所吸收的离子解吸到液体中。在施加反向电压的情况下，由在电力下与官能团螯合在一起的离子所产生的排斥力大于与官能团的结合力，因此，那些与官能团结合在一起的离子将依次离开凝胶并进入溶液。因此，它一方面有益于凝胶的再循环使用，并在另一方面有益于获得具有期望的离子含量的溶液。

在本发明的进一步的实施例中，离子解吸装置可进一步包括：在电极对中的至少一个电极与凝胶之间的导电材料，该导电材料包括至少一种：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布。至少一个电极与凝胶之间的导电材料，有利于凝胶更好地覆盖电极，从而提高它们之间的结合力。

根据本发明的第四方面，提供了一种离子吸收方法，其可以包括以下步骤：在电极对上施加电压，其中电极对中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶覆盖，使得凝胶吸收液体中的离子。

在本发明的另一实施例中，它可进一步包括：在电极对中的至少一个电极与凝胶之间的导电材料，该导电材料包括至少一种：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布。

根据本发明的第五方面，提供了一种离子解吸方法，包括：在电极对上施加反向电压，其中电极对中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶覆盖，从而将在凝胶中吸收的离子解吸到液体中。

在本发明的另一实施例中，它可进一步包括：电极对中的至少一个电极与凝胶之间的导电材料，导电材料可包括至少一个：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布。

附图说明

通过附图中所示的实施例的详细说明，本发明的上述和其它特征将变得更加明显，其中相同或相似的附图标记表示相同或相似的组件，其中：

图1A示意性地示出了根据本发明的一个方面的离子吸收装置。

图1B示意性地示出了在本发明的一个替代实施例中的离子吸收装置。

图1C示意性地示出了在本发明的另一个替代实施例中的离子吸收装置。

图2示意性示出了在本发明的一个替代实施例中，在离子吸收装置内，导电材料被设置在电极和凝胶之间。

图3A示意性地示出了根据本发明的另一个方面的pH调节器。

图3B示意性地示出了在本发明的一个替代实施例中的pH调节器。

图4A示意性地示出了根据本发明的一个方面的离子解吸装置。

图4B示意性地示出了在本发明的一个替代实施例中的离子解吸装置。

图4C示意性地示出了本发明的另一替代实施例中的离子解吸装置。

具体实施方式

在下文中，将参照本发明的附图及其示意性实施例详细地描述本发明。

首先，参照图1A-1C，图1A示意性地示出了根据本发明的一个方面的离子吸收装置10a。离子吸收装置10a可以包括电极对12、14，电极对12、14中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶16a覆盖，当电压被施加在电极对12、14上时，凝胶16a吸收液体26a中的离子。在本发明的各实施例中，各种材料可以被用作本发明的电极对12、14的材料，例如金属，诸如钛、铂、金、铑、钌，或合金，诸如钛钌合金，或炭基材料，诸如石墨和活性炭。

在图1A中示意性地示出了电极对12、14中的第一电极12被具有官能团的离子可渗透凝胶16a覆盖。在本发明的一个修改实施例中，例如图1B中，示出了电极对12、14中的第二电极14被具有官能团的离子可渗透凝胶16a覆盖。在本发明的另一个修改实施例中，例如图1C中，示出了电极对12、14中的第一电极12和第二电极14都被具有官能团的离子可渗透凝胶16a覆盖。这样的修改存在是因为在液体26a中不同的离子需要被吸收。这将在下面进一步提到。

在本发明的各实施例中被使用的具有官能团的离子可渗透凝胶16a或16b(后面将提及)，基本上是在稳态时呈现出无流动的交联系统。这些凝胶大部分是液体，但由于液体中的三维交联网络，它们表现得像固体。

这样的具有功能团的离子可渗透凝胶16a可被用于离子吸收，原因如下：1)凝胶总重量的90％以上是水，其具有高渗透性，并且离子可以通过自由扩散或在电力下进入凝胶中。2)三维交联网络限制了吸收的离子的移动性，从而防止它们泄漏出。3)包含在凝胶中的诸如取决于凝胶成分的羟基、氨基和羧基之类的活性基团，能通过氢键结合相互作用或静电相互作用与离子结合。因此，通过凝胶吸收的离子能进一步被稳定。

在本发明的各实施例中所用的凝胶16a可以包括天然聚合物或合成聚合物。天然聚合物包括：琼脂糖、甲基纤维素和透明质酸；合成聚合物包括：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合物和共聚物。

优选地，离子吸收装置包括在电极对12、14中的至少一个电极和凝胶16a之间的导电材料24，导电材料24包括以下中的至少一个：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布，如在图2中示意性所示。

为了更好地理解本发明的离子吸收装置，下面将通过几个实施例进行示意描述。

例1

在图1A中电极对12、14中的第一电极12用作阴极，第二电极14用作阳极，其中使用的液体26a可以是例如含有Ca²⁺的水。第一电极12的表面被琼脂糖凝胶覆盖。琼脂糖凝胶的化学式为：

即，羟基被包含在琼脂糖凝胶的化学式中。在于第一电极12和第二电极14上施加电压的情况下，在吸收期间Ca²⁺在水中朝向用作阴极的第一电极12移动并进入凝胶。因为在琼脂糖凝胶中的羟基螯合Ca²⁺，Ca²⁺被固定在凝胶中。同时，水在阴极表面被脱氧，即发生如下反应：2H₂O+2e＝H₂+2OH^-，由此，H₂和OH^-在阴极表面被生成。进入琼脂糖凝胶的部分Ca²⁺与羟基螯合，而其它部分Ca²⁺在琼脂糖凝胶中持续朝向阴极移动，OH^-离子作为与Ca²⁺极性相反的离子通过保持电中性生成紧密结合的Ca(OH)₂，即OH^-离子与Ca²⁺反应，以便在凝胶中进一步稳定Ca²⁺离子。在水中的Ca²⁺离子通过所述Ca²⁺离子的吸收被除去。

本领域技术人员应理解，相应的具有功能团的离子可渗透凝胶16a可被用于不同的离子吸收。例如，甲基纤维素、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺和甲基烯丙基磺酸酯凝胶、丙烯酸酯聚合物、共聚物具有羧基官能团，透明质酸和聚乙烯醇具有羟基官能团，并且聚氨酯具有氨基官能团，等等。本领域技术人员应该理解的是，这里列出的各种天然聚合物凝胶或合成聚合物凝胶仅仅是示范性的，这并不意味着在本发明的各实施例中所使用的凝胶被限于这些。用于吸收重金属离子的水凝胶通常包括各种螯合官能团，例如羧基(-COOH)、氨基(-NH₂)、羟基(-OH)、磺酸基(-SO₃)等，所以，如果水凝胶一般不包括用于螯合重金属的官能团，其本身应该发生化学反应以引入这样的官能团，或引入其它物质以形成共聚物，从而得到这样的官能团。这意味着本领域技术人员可以基于实际需要对凝胶作出修改，使得覆盖电极的凝胶可具有一个官能团，例如氨基，两个官能团，例如氨基和羧基，或同时具有三个官能团，例如氨基、羧基和羟基，或多个其它官能团。这对于技术人员而言实现并不困难，将不在此详细描述。

上述实施例1仅示意性地解释了在水中吸收Ca²⁺离子的过程。在实施本发明的过程中，也可能需要吸收其它离子，例如阳离子，诸如钠离子、铁离子、铜离子，或例如阴离子，诸如氯离子、溴离子、硫酸根离子和碳酸根离子。例如，在水中吸收阳离子，诸如钠离子、铁离子、铜离子的情况下，作为阴极的第一电极12的表面应被凝胶16a覆盖。例如，在水中吸收阴离子诸如氯离子、溴离子、硫酸根离子和碳酸根离子的情况下，作为阳极的第二电极14的表面应被凝胶16a覆盖，即使用如图1B所示的离子吸收装置。例如，在水中同时吸收阳离子，诸如钠离子、铁离子、铜离子，和阴离子，诸如氯离子、溴离子、硫酸根离子和碳酸根离子的情况下，作为阴极的第一电极12的表面，和作为阳极的第二电极14的表面都应被凝胶16a覆盖，即使用如图1C所示的离子吸收装置。当然，覆盖第一电极12和第二电极14的凝胶可以基于需要而彼此不同。这对于本领域技术人员不难理解。

可替代地，如图1A-1C和图2所示的离子吸收装置可以包括用于输入液体26a，例如含有Ca²⁺离子的水等的输入部18。可替代地，如图1A-1C所示的离子吸收装置还可以包括输出部22，用于在除去Ca²⁺离子等之后输出水。例如，在水需要被软化的情况下，从输入部18输入的液体26a是含有Ca²⁺离子、Mg²⁺离子等的硬水。在液体26a被离子吸收装置10a、20a或30a处理之后，从输出部22输出的是去除了Ca²⁺离子、Mg²⁺离子等的软水。在例如从液体26a中去除重金属离子的情况下，从输入部18和输出部22输入和输出的应当分别是含有重金属离子的水和相应的去离子水。这一点不难理解。

例2

在此示意性实施例中，琼脂糖凝胶的制造工艺将示意性地被介绍。

通常，在90℃的温度，2克琼脂糖可以溶解于100ml的去离子水中。当琼脂糖完全溶解后，将琼脂糖溶液倒入包含电极的电极模块中，例如包含第一电极12的电极模块和/或包含第二电极14的电极模块。优选地，导电材料24，例如碳布，被应用在电极模块和琼脂糖溶液之间。应用碳布的目的在于由于碳布表面上的凹凸形状，加强由琼脂糖溶液形成的琼脂糖凝胶和电极之间的结合力。在室温下冷却2小时后，琼脂糖凝胶被形成在第一电极12的表面上或第二电极14的表面上或两者的表面上。随后，被凝胶16a覆盖的电极被用于离子吸收。

实施例2采用形成在电极表面上的琼脂糖凝胶作为例子。根据本发明的教导，本领域技术人员需要选择不同的凝胶材料用于在液体26a中吸收不同的离子。选择相应的凝胶材料后，就不难在相应的电极表面上制造相应的凝胶。它在本发明中将不详细阐述。

例3

为了解释本发明的吸收速度和吸收效率，在实施例2中制造的琼脂糖凝胶将被用于覆盖第一电极12和第二电极14的表面，以执行以下实验。在实施例3中使用的液体26a是含有Ca²⁺、CO₃ ^2-、K⁺和Cl^-离子的水。液体26a从输入部18被输入到由第一电极12和第二电极14以及覆盖第一电极12和第二电极14的琼脂糖凝胶构成的反应室。30V的直流电压被施加在第一电极12和第二电极14上，标准滴定被用于检测在液体26a中的离子含量。所检测的数据被示于下表1。

表1：不同的阳离子和阴离子在30V电压下的吸收

时间	0min	5min	10min	20min	30min	40min	60min
								Ca²⁺(mM)	4.8	3.8	3.2	2.3	1.8	1.1	0.54
时间	0min	5min	10min	20min	30min	40min	60min
								CO₃ ^2-(mM)	5.0	4.6	3.6	3.4	3.0	2.5	1.2
时间	0min	5min	10min	20min	30min	40min	80min
								K⁺(mM)	5	3.75	2.67	0.89	0.71	0.53	0.36
时间	0min	5min	10min	20min	30min	40min	80min
								Cl^-(mM)	5	3.98	3.28	2.01	1.09	0.7	0.55

表1示出了，Ca²⁺、CO₃ ^2-、K⁺和Cl^-离子的初始浓度分别为4.8mM、5.0mM、5mM、5mM。在电压被施加10分钟之后，Ca²⁺、CO₃ ^2-、K⁺和Cl^-离子的检测浓度分别为3.2mM、3.6mM、2.67mM、3.28mM。在电压被施加30分钟后，Ca²⁺、CO₃ ^2-、K⁺和Cl^-离子的检测浓度分别为1.8mM、3.0mM、0.71mM、1.09mM。在电压被施加60分钟后，Ca²⁺、CO₃ ^2-、K⁺和Cl^-离子的检测浓度分别为0.54mM、1.2mM、0.36mM、0.55mM。从上述实验数据可以看出，电压被施加的时间越长，在液体26a中的残留离子浓度越低，这意味着越来越多的离子被吸收在琼脂糖凝胶上。例如以Ca²⁺为例，在30V的直流电压被施加60分钟的情况下，仅0.54mM Ca²⁺保留，这意味着Ca²⁺基本上通过螯合作用与羟基螯合，并且由于在琼脂糖凝胶内部分Ca²⁺持续向阴极移动，在阴极表面产生的OH^-离子作为Ca²⁺离子的反荷离子通过保持电中性产生密切结合的Ca(OH)₂，即，OH^-离子与Ca²⁺离子反应，以便进一步在水中稳定Ca²⁺离子。这些Ca(OH)₂和螯合的Ca²⁺离子均位于琼脂糖凝胶的表面上或内部，或者使用通用术语，在琼脂糖凝胶上。

本发明的上述实施例1-3只采用琼脂糖凝胶作为例子。本领域技术人员不难理解，天然聚合物或合成聚合物可以被用于本发明的实施过程中。天然聚合物可以包括：琼脂糖、甲基纤维素和透明质酸等。合成聚合物可以包括：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合物和共聚物等。上面列举的凝胶都是具有官能团的离子可渗透凝胶。在施加电压的情况下，液体中的离子，例如阳离子，诸如钠离子、铁离子、铜离子，或例如阴离子，诸如氯离子、溴离子、硫酸根离子和碳酸根离子可以通过使用这样的凝胶覆盖电极表面与凝胶中的官能团螯合在一起。从而，这些离子被快速固定在凝胶中，且吸收效率被提高。

接下来，本发明的图3A-3B将被描述。图3A示意性地示出了pH调节器40。图3B示意性地示出了在本发明的一个替代实施例中的pH值调节器50。电极对12、14中的一个电极被凝胶16a覆盖，当电压被施加在电极对12、14上时，该凝胶16a吸收液体26a中的H⁺或OH^-离子。在人们的日常生活和工作中，可能需要具有不同pH值的酸性水或碱性水。如图3B中所示的第二电极14覆盖有例如透明质酸凝胶，该凝胶具有羟基官能团。可替代地，导电材料24例如碳布被用在凝胶16a例如透明质酸凝胶和第二电极14之间。在于输入部18处输入液体26a例如自来水的情况下，以下反应发生在作为阴极的第一电极12上：4H₂O+4e＝2H₂+4OH^-。即，在第一电极12附近产生氢和OH^-离子，该OH^-离子直接进入液体26a中。下列反应发生在阳极表面，例如第二电极14的表面上：2H₂O-4e＝O₂+4H⁺。所生成的H⁺将被透明质酸凝胶螯合，即被固定在凝胶中。为了保持凝胶电中性，液体26a中的部分阴离子将被吸收在凝胶中。由于第二电极14附近产生的H⁺离子基本上被捕获在凝胶中，而自来水中的OH^-离子的量远大于H⁺离子的量，碱性水由此获得，从而自来水的pH调节被实现。发明者还发现，具有不同pH值的碱性水可通过控制施加的电压的大小和持续时间来获得。

当然，借助于如图3A所示的本发明的pH调节器，也可以得到酸性水。这里大量的H⁺离子在第二电极14附近生成，这些H⁺离子将直接进入液体26a中。在第一电极12附近产生的OH^-离子将被具有羧基官能团的甲基纤维素凝胶螯合。在这里，自来水中的H⁺离子的量远大于OH^-离子的量，酸性水由此获得，从而自来水的pH调节被实现。同样，具有不同pH值的碱性水可通过控制施加的电压大小和持续时间来获得。

本发明的图4A-4C将在下面进行说明。图4A示意性地示出了根据本发明的一个方面的离子解吸装置。图4B示意性地示出了在本发明的一个替代实施例中的离子解吸装置。图4C示意性地示出了在本发明的另一替代实施例中的离子解吸装置。在图4A-4C中示意性示出的所有离子解吸装置10b、20b、30b都包括电极对12、14，该电极对12、14中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶16b覆盖，当反向电压被施加在电极对12、14上时，在凝胶16b中吸收的离子被解吸到液体26b中。图4A-4C之间的差异仅在于凝胶16b被应用在不同的位置。在图4A中，只有第一电极12被凝胶16b覆盖，在图4B中，只有第二电极14被凝胶16b覆盖，在图4C中，第一电极12和第二电极14均被凝胶16b覆盖。

应当指出的是在图4A-4C中涉及的离子解吸过程等同于在图1A-1C中所示的离子吸收过程的相反操作。例如，在图1A-1C中所使用的凝胶已接近饱和的情况下，即当凝胶接近吸收平衡时，在凝胶中捕获的离子需要被释放，因此，它一方面有益于凝胶的再循环利用，并且另一方面有益于具有所期望的离子含量的溶液的获得。

例如，反向电压被施加到电极对12、14上，其中，电极对12、14中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透的凝胶16b覆盖，以将在凝胶16b中吸收的离子解吸到液体26b中。例如，通过电力的驱动，吸收的阳离子从凝胶16b中被释放并进入液体26b中。例如，为了使吸收的阳离子，诸如钠离子、铁离子、铜离子能够从凝胶中被解吸，正电压可以被施加到由凝胶覆盖的电极，以这种方式，由于该电极极性和在凝胶中吸收的阳离子极性是相同的，则产生排斥力作用，从而吸收在凝胶中的阳离子被解吸到液体26b中。对吸收的阴离子可以执行类似的操作，即将负电压施加到被凝胶覆盖的电极，以便将在凝胶中吸收的阴离子解吸进入液体26b中。这对于本领域技术人员很容易理解。

例如，在如图4C所示的情况下，第一电极12和第二电极14都被琼脂糖凝胶覆盖。其中，第一电极12被其中吸收有钙离子的琼脂糖凝胶覆盖，而第二电极14被其中吸收有氯离子的琼脂糖凝胶覆盖。在对电极对12、14施加反向电压的情况下，在琼脂糖凝胶中吸收的钙离子和氯离子分别从相应的凝胶中释放，并且进入液体26b中。同时，在作为阳极的第一电极12附近，水被氧化以产生氢离子，氢离子中和凝胶内的氢氧根离子。类似地，在作为阴极的第二电极14附近，水被脱氧以生成氢氧根离子，氢氧根离子中和凝胶内的氢离子。

以上只是图4C的示意性的解释。对于图4A和图4B所示的情况，本领域技术人员也可以根据本发明的教导容易地实现它们，这将不再详述。

同样地，在本发明的各实施例中在离子解吸装置中所使用的凝胶16b可以包括天然聚合物或合成聚合物，其中天然聚合物可以包括：琼脂糖、甲基纤维素和透明质酸；合成聚合物可以包括：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合物和共聚物。

可替代地，在本发明的各实施例中，离子解吸装置可包括在电极对12、14中的至少一个电极和凝胶16b之间的导电材料24，导电材料24包括以下中的至少一个：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布。

对应于上面介绍的离子吸收装置，本发明可以进一步提供一种离子吸收方法。该方法可以包括以下步骤：在电极对12、14上施加电压，其中，电极对12、14中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶16a覆盖，使得凝胶16a吸收液体26a中的离子。

对应于上面介绍的离子解吸装置，本发明可以进一步提供一种离子解吸方法。该方法可以包括以下步骤：在电极对12、14上施加反向电压，其中，电极对12、14中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶16b覆盖，以便将在凝胶16b中吸收的离子解吸到液体26b中。

同样地，在本发明的各种离子吸收/解吸方法中，所用的凝胶可包括天然聚合物或合成聚合物，其中天然聚合物可以包括：琼脂糖、甲基纤维素和透明质酸；合成聚合物可以包括：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合物和共聚物。

可替代地，在本发明的各种离子吸收/解吸方法中，可包括在电极对12、14中的至少一个电极和凝胶16b之间的导电材料24，导电材料24包括以下中的至少一个：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布。

尽管本发明已参照当前考虑的实施例进行描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的实施例。与此相反，本发明的目的在于覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。以下权利要求的范围符合最广的解释，以便包括所有这样的修改以及等效结构和功能。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”并不排除多个。单个单元可以实现权利要求中列举的若干项的功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中被列举的单纯事实并不表示这些措施的组合不能被利用。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims

1.一种离子吸收装置(10a，20a，30a)，包括：

电极对(12，14)，所述电极对(12，14)中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶(16a)覆盖，当电压被施加在所述电极对(12，14)上时，所述凝胶(16a)吸收液体(26a)中的离子。

2.根据权利要求1所述的离子吸收装置(10a，20a，30a)，其中所述凝胶(16a)包括天然聚合物或合成聚合物。

3.根据权利要求2所述的离子吸收装置(10a，20a，30a)，其中所述天然聚合物包括：琼脂糖、甲基纤维素和透明质酸；所述合成聚合物包括：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合物和共聚物。

4.根据权利要求1所述的离子吸收装置(10a，20a，30a)，还包括：

在所述电极对(12，14)中的至少一个电极和所述凝胶(16a)之间的导电材料(24)，所述导电材料(24)包括以下中的至少一个：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布。

5.一种pH调节器(40，50)，包括根据权利要求1至4中的任一项所述的离子吸收装置(10a，20a，30a)，其中所述电极对(12，14)的一个电极被所述凝胶(16a)覆盖，并且当电压被施加在所述电极对(12，14)上时，所述凝胶(16)吸收液体(26a)中的H⁺或OH^-离子。

6.一种离子解吸装置(10b，20b，30b)，包括：

电极对(12，14)，所述电极对(12，14)中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶(16b)覆盖，当反向电压被施加在所述电极对(12，14)上时，所述凝胶(16b)将在所述凝胶(16b)中吸收的离子解吸到液体(26b)中。

7.根据权利要求6所述的离子解吸装置(10b，20b，30b)，其中所述凝胶(16b)包含天然聚合物或合成聚合物。

8.根据权利要求7所述的离子解吸装置(10b，20b，30b)，其中所述天然聚合物包括：琼脂糖、甲基纤维素和透明质酸；所述合成聚合物包括：聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙烯酸酯聚合物和共聚物。

9.根据权利要求6所述的离子解吸装置(10b，20b，30b)，还包括：

在所述电极对(12，14)中的至少一个电极和所述凝胶(16b)之间的导电材料(24)，所述导电材料(24)包括以下中的至少一个：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布。

10.一种离子吸收的方法，包括以下步骤：

将电压施加在电极对(12，14)上，其中，所述电极对(12，14)中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶(16a)覆盖，使得所述凝胶(16a)吸收液体(26a)中的离子。

11.根据权利要求10的离子吸收方法，其中所述凝胶(16a)包括天然聚合物或合成聚合物。

12.根据权利要求10所述的离子吸收方法，其中导电材料(24)被用在所述电极对(12，14)中的至少一个电极和所述凝胶(16a)之间，并且所述导电材料(24)包括以下中的至少一个：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布。

13.一种离子解吸方法，包括：

将反向电压施加在电极对(12，14)上，其中，所述电极对(12，14)中的至少一个电极被具有官能团的离子可渗透凝胶(16b)覆盖，以便将在所述凝胶(16b)中吸收的离子解吸到液体(26b)中。

14.根据权利要求13所述的离子解吸方法，其中所述凝胶(16b)包含天然聚合物或合成聚合物。

15.根据权利要求13所述的离子解吸方法，其中导电材料(24)被用在所述电极对(12，14)中的至少一个电极和所述凝胶(16b)之间，所述导电材料(24)包括以下中的至少一个：钛、铂、金、铑、钌；钛钌合金、石墨、活性炭、多孔炭纸或布。