CN108046385B - 一种全密闭式电容去离子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全密闭式电容去离子装置。其技术方案是：n个正极板(2)和n个负极板(5)相互错开放置为柱状体，正极板(2)和负极板(5)相差180°布置。两个压紧固锁板(3)通过双头螺栓(1)将正极板(2)、负极板(5)和密封垫圈(4)紧固为整体。正极板(2)和负极板(5)均由电极片(6)和隔网(7)嵌入电极框(8)内的结构组成，电极片(6)的矩形极板(11)的两个侧面均匀地涂覆有活性涂料(9)。电极框(8)的对角处分别设有主出水孔(15)和主进水孔(16)及其对应的分出水孔(14)和分进水孔(17)，电极框(8)的另一个角的位置处沿所述矩形槽(13)的底部朝外开有矩形电极通孔(12)。本发明具有再生周期可控、脱盐率稳定、扩展性强和电极片寿命长的特点。
Description
技术领域
本发明属于电容去离子装置技术领域。具体涉及一种全密闭式电容去离子装置。
背景技术
据统计，我国水资源总量为2.8万亿立方米，虽居世界第6位。但我国人均占有量2200立方米，被联合国定为贫水国家。我国可利用水资源约为8000~9000亿立方米，至2006年，我国用水总量估算约为7000~8000亿立方米，已接近可利用水量的上限，面对我国日益严重的水资源供需矛盾，水资源的可持续发展问题亟待解决。目前解决水资源短缺主要有两个途径：一是污水资源化即对现有污水经过一系列处理后用再利用；二是开辟淡水资源，即对海水、苦咸水、工业生产中的含盐水等的淡化，获得供人类利用的淡水。
电容去离子（Capacitive Deionization，CDI）脱盐技术是利用水溶液与电极表面形成双电层电容（Electric Double Layer Capacitors, EDLCs）来吸附水溶液中的带电离子，从而脱除水中的盐分。与传统的苦咸水淡化技术不同，电容去离子技术是有区别性地将含盐水中相对量较少的溶质离子提取分离出来，而不是把相对量较大的溶剂水分子从待处理的含盐水中分离出来。
目前的电容去离子脱盐装置是将至少一对平行放置的电容去离子电极放置在固定间距的凹槽内，使水流流过电容去离子脱盐装置。布水形式采用折流布水，即水先经过进水侧第一个电极片，经过导流板导流陆续经过第二个电极片，依次至出水侧的最后一个电极片。该布水方式使得电极运行工况不一致（进水侧离子浓度最高，第一片电极饱和吸附时间最短，出水侧离子浓度最小，最后一片达到电极饱和吸附时间最长），电极饱和吸附时间也不一致，再生周期难以确定，且脱盐率不稳定。另外，由于现有电容去离子装置大小固定，且其中的固定电极的凹槽间距也是固定的，使得装置脱盐能力和扩展性能较差。另有电容去离子装置的布水孔在电极板上，相对降低了电极的有效面积，而且水流持续直接冲刷电极布水孔，会导致活性成分较快脱落，使电极失效。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种再生周期可控、脱盐率稳定、扩展性能强和使用寿命长的全密闭式电容去离子装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述装置由双头螺栓、正极板、压紧固锁板、密封垫圈和负极板组成。
n个正极板和n个负极板相互错开放置为柱状体，所述柱状体的两端设有压紧固锁板，在压紧固锁板与正极板间、正极板与负极板间和负极板与压紧固锁板间均设有密封垫圈。两个压紧固锁板通过双头螺栓将n个正极板、n个负极板和2n+1个密封垫圈紧固为整体；其中n为3~30的自然数。
以压紧固锁板的两条对角线的交点为中心，所述正极板和负极板相差180°布置。n个正极板组成正电极组，正电极组与电源正极连接，n个负极板组成负电极组，负电极组与电源负极连接。
正极板和负极板结构相同，正极板和负极板均由电极片、隔网和电极框组成。
所述电极片为条形接线板和矩形极板组成的整体，所述矩形极板的两个侧面均匀地涂覆有活性涂料。
所述电极框为矩形框状，电极框的四个内侧面均开有矩形槽，所述矩形槽的深度为δ，矩形槽的宽度为矩形极板的厚度与2个隔网的厚度之和；电极框的内框尺寸为矩形极板外形尺寸与2δ之差。
所述电极框的两个角分别设有主出水孔和主进水孔，主出水孔和主进水孔位于电极框的对角线上，沿所述对角线还分别对应地开有分出水孔和分进水孔。所述分出水孔的中心线与主出水孔的中心线垂直，所述分出水孔的一端与主出水孔相通，分出水孔的另一端与矩形槽相通；所述分进水孔的中心线与主进水孔的中心线垂直，所述分进水孔的一端与主进水孔相通，分进水孔的另一端与矩形槽相通。
沿所述矩形槽的底部朝外开有矩形电极通孔，所述矩形电极通孔位于电极框的另一个角的位置处。
所述隔网的形状为矩形，隔网的外形尺寸与矩形极板的外形尺寸相同。如图4和图5所示，电极片两侧分别紧贴有隔网，隔网和电极片嵌入电极框的矩形槽内，电极片的条形接线板穿过电极框的矩形电极通孔。
所述密封垫圈的平面形状与电极框的平面形状相同，密封垫圈设有的主出水孔和主进水孔的位置与电极框各自对应的主出水孔和主进水孔的位置相同。
所述密封垫圈的材质为硅胶或为橡胶。
所述压紧固锁板的材质为亚克力板、不锈钢板和铝合金板中的一种。
所述隔网的材质为尼龙或为聚乙烯，所述隔网的网格为菱形网格或为方形网格。
所述电极框的材质为亚克力、工业塑料(ABS)、聚乙烯、聚丙烯和热熔聚酯树脂中的一种。
所述活性涂料为活性炭粉、碳纳米管和石墨烯中的一种。
所述电极片的材质为石墨、铝、镍和钛中的一种。
本发明通过双头螺栓将2个压紧固锁板、n个正极板、n个负极板和2n+1个密封垫圈紧固为整体，n个正极板和n个负极板上的主进水孔连在一起构成主进水道，待处理的盐水泵入主进水道，再经n个分进水孔流向电极片，隔网使得电极片上的盐水均匀分布。本装置通过导线分别连接正极板组和负极板组上的条形接线板，通过外加电源，对正极板组和负极板组施加电压，正极板和负极板之间形成电场。在电场作用下，带电离子向电极片定向移动，电极片上的活性涂料吸附待处理盐水中的离子，处理后的水通过分出水孔流入主出水孔，从n个主出水孔所形成的主出水道流出，从而实现对待处理的盐水进行脱盐的目的。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明采用的正极板和负极板结构相同，可批量生产；本发明还可根据处理水量、处理水的含盐浓度和出水要求调整正极板和负极板的数量n，扩展性强。
2、本发明中的正极板(或负极板)通过电极框使电极片与隔网组成整体，结构稳定。隔网与电极片的矩形极板紧密接触，对矩形极板的活性涂料表面起到保护作用，防止水流直接持续冲刷矩形极板表面，脱盐率稳定和使用寿命长。
3、本发明根据待处理的盐水的特性，调整主出水孔和主进水孔的孔径，以调整电极片表面的水流速。亦能在操作电压相同的情况下，通过调整电极框的厚度，以改变电极片之间的电场强度，从而调节盐水中离子的受力状况，使再生周期可控。
4、本发明布水均匀，无盲点，电极片使用工况一致，脱盐效率大幅提高。主出水孔和主进水孔设置在电极框上，不会使水流直接冲刷活性涂料，对电极片保护性好，寿命长。
因此，本发明具有再生周期可控、脱盐率稳定、扩展性强和电极片寿命长的特点。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是图1的A-A剖视示意图；
图3是图1中正极板2或负极板5的结构示意图；
图4是图3的B-B剖视示意图；
图5是图4中I的局部放大示意图；
图6是图3和图4中电极片6的形状示意图；
图7是图3中电极框8的剖视示意图；
图8是图3中隔网7的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种全密闭式电容去离子装置。如图1和图2所示，所述装置由双头螺栓1、正极板2、压紧固锁板3、密封垫圈4和负极板5组成。
如图1和图2所示，3个正极板2和3个负极板5相互错开放置为柱状体，所述柱状体的两端设有压紧固锁板3，在压紧固锁板3与正极板2间、正极板2与负极板5间和负极板5与压紧固锁板3间均设有密封垫圈4。两个压紧固锁板3通过双头螺栓1将3个正极板2、3个负极板5和7个密封垫圈4紧固为整体。
如图1和图2所示，以压紧固锁板3的两条对角线的交点为中心，所述正极板2和负极板5相差180°布置。3个正极板2组成正电极组，正电极组与电源正极连接，3个负极板5组成负电极组，负电极组与电源负极连接。
如图3、图4和图5所示，正极板2和负极板5结构相同，正极板2和负极板5均由电极片6、隔网7和电极框8组成。
如图6所示，所述电极片6为条形接线板10和矩形极板11组成的整体，所述矩形极板11的两个侧面均匀地涂覆有活性涂料9。
如图7所示，所述电极框8为矩形框状，电极框8的四个内侧面均开有矩形槽13，所述矩形槽13的深度为δ，矩形槽13的宽度为矩形极板11的厚度与2个隔网7的厚度之和；电极框8的内框尺寸为矩形极板11外形尺寸与2δ之差。
如图7所示，所述电极框8的两个角分别设有主出水孔15和主进水孔16，主出水孔15和主进水孔16位于电极框8的对角线上，沿所述对角线还分别对应地开有分出水孔14和分进水孔17。所述分出水孔14的中心线与主出水孔15的中心线垂直，所述分出水孔14的一端与主出水孔15相通，分出水孔14的另一端与矩形槽13相通；所述分进水孔17的中心线与主进水孔16的中心线垂直，所述分进水孔17的一端与主进水孔16相通，分进水孔17的另一端与矩形槽13相通。
沿所述矩形槽13的底部朝外开有矩形电极通孔12，所述矩形电极通孔12位于电极框8的另一个角的位置处。
如图8所示，所述隔网7的形状为矩形，隔网7的外形尺寸与矩形极板11的外形尺寸相同。如图4和图5所示，电极片6两侧分别紧贴有隔网7，隔网7和电极片6嵌入电极框8的矩形槽13内，电极片6的条形接线板10穿过电极框8的矩形电极通孔12。
所述密封垫圈4的平面形状与电极框8的平面形状相同，密封垫圈4设有的主出水孔和主进水孔的位置与电极框8各自对应的主出水孔15和主进水孔16的位置相同。
所述密封垫圈4的材质为硅胶。
所述压紧固锁板3的材质为亚克力板。
所述隔网7的材质为尼龙，所述隔网7的网格为菱形网格。
所述电极框8的材质为亚克力。
所述活性涂料9为活性炭粉。
所述电极片6的材质为石墨。
实施例2
一种全密闭式电容去离子装置。本实施例除下述技术参数外，其余同实施例1：
n个正极板2和n个负极板5相互错开放置为柱状体，所述柱状体的两端设有压紧固锁板3，在压紧固锁板3与正极板2间、正极板2与负极板5间和负极板5与压紧固锁板3间均设有密封垫圈4。两个压紧固锁板3通过双头螺栓1将n个正极板2、n个负极板5和2n+1个密封垫圈4紧固为整体；其中n为4~30的自然数。
以压紧固锁板3的两条对角线的交点为中心，所述正极板2和负极板5相差180°布置；n个正极板2组成正电极组，正电极组与电源正极连接，n个负极板5组成负电极组，负电极组与电源负极连接。
所述密封垫圈4的材质为橡胶。
所述压紧固锁板3的材质为不锈钢板和铝合金板中的一种。
所述隔网7的材质为聚乙烯，所述隔网7的网格为方形网格。
所述电极框8的材质为工业塑料ABS、聚乙烯、聚丙烯和热熔聚酯树脂中的一种。
所述活性涂料9为碳纳米管和石墨烯中的一种。
所述电极片6的材质为铝、镍和钛中的一种。
本具体实施方式通过双头螺栓1将2个压紧固锁板3、n个正极板2、n个负极板5和2n +1个密封垫圈4紧固为整体，n个正极板2和n个负极板5上的主进水孔16连在一起构成主进水道，待处理的盐水泵入主进水道，再经n个分进水孔17流向电极片6，隔网7使得电极片6上的盐水均匀分布。本装置通过导线分别连接正极板组和负极板组上的条形接线板10，通过外加电源，对正极板组和负极板组施加电压，正极板2和负极板5之间形成电场。在电场作用下，带电离子向电极片6定向移动，电极片6上的活性涂料9吸附待处理盐水中的离子，处理后的水通过分出水孔14流入主出水孔15，从n个主出水孔15所形成的主出水道流出，从而实现对待处理的盐水进行脱盐的目的。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式采用的正极板2和负极板5结构相同，可批量生产；本具体实施方式还可根据处理水量、处理水的含盐浓度和出水要求调整正极板2和负极板5的数量n，扩展性强。
2、本具体实施方式中的正极板2(或负极板5)通过电极框8使电极片6与隔网7组成整体，结构稳定。隔网7与电极片6的矩形极板11紧密接触，对矩形极板11的活性涂料9表面起到保护作用，防止水流直接持续冲刷矩形极板11表面，脱盐率稳定和使用寿命长。
3、本具体实施方式根据待处理的盐水的特性，调整主出水孔15和主进水孔16的孔径，以调整电极片6表面的水流速。亦能在操作电压相同的情况下，通过调整电极框8的厚度，以改变电极片6之间的电场强度，从而调节盐水中离子的受力状况，使再生周期可控。
4、本具体实施方式布水均匀，无盲点，电极片6使用工况一致，脱盐效率大幅提高。主出水孔15和主进水孔16设置在电极框8上，不会使水流直接冲刷活性涂料9，对电极片6保护性好，寿命长。
因此，本具体实施方式具有再生周期可控、脱盐率稳定、扩展性强和电极片寿命长的特点。
Claims (4)
1.一种全密闭式电容去离子装置，其特征在于所述装置由双头螺栓(1)、正极板(2)、压紧固锁板(3)、密封垫圈(4)和负极板(5)组成；
n个正极板(2)和n个负极板(5)相互错开放置为柱状体，所述柱状体的两端设有压紧固锁板(3)，在压紧固锁板(3)与正极板(2)间、正极板(2)与负极板(5)间和负极板(5)与压紧固锁板(3)间均设有密封垫圈(4)；两个压紧固锁板(3)通过双头螺栓(1)将n个正极板(2)、n个负极板(5)和2n+1个密封垫圈(4)紧固为整体；其中n为3~30的自然数；
以压紧固锁板(3)的两条对角线的交点为中心，所述正极板(2)和负极板(5)相差180°布置；n个正极板(2)组成正电极组，正电极组与电源正极连接，n个负极板(5)组成负电极组，负电极组与电源负极连接；
正极板(2)和负极板(5)结构相同，正极板(2)和负极板(5)均由电极片(6)、隔网(7)和电极框(8)组成；
所述电极片(6)为条形接线板(10)和矩形极板(11)组成的整体，所述矩形极板(11)的两个侧面均匀地涂覆有活性涂料(9)；
所述电极框(8)为矩形框状，电极框(8)的四个内侧面均开有矩形槽(13)，所述矩形槽(13)的深度为δ，矩形槽(13)的宽度为矩形极板(11)的厚度与2个隔网(7)的厚度之和；电极框(8)的内框尺寸为矩形极板(11)外形尺寸与2δ之差；
电极框(8)的两个角分别设有主出水孔(15)和主进水孔(16)，主出水孔(15)和主进水孔(16)位于电极框(8)的对角线上，沿所述对角线还分别对应地开有分出水孔(14)和分进水孔(17)；所述分出水孔(14)的中心线与主出水孔(15)的中心线垂直，所述分出水孔(14)的一端与主出水孔(15)相通，分出水孔(14)的另一端与矩形槽(13)相通；所述分进水孔(17)的中心线与主进水孔(16)的中心线垂直，所述分进水孔(17)的一端与主进水孔(16)相通，分进水孔(17)的另一端与矩形槽(13)相通；
沿所述矩形槽(13)的底部朝外开有矩形电极通孔(12)，所述矩形电极通孔(12)位于电极框(8)的另一个角的位置处；
所述隔网(7)的形状为矩形，隔网(7)的外形尺寸与矩形极板(11)的外形尺寸相同；电极片(6)两侧分别紧贴有隔网(7)，隔网(7)和电极片(6)嵌入电极框(8)的矩形槽(13)内，电极片(6)的条形接线板(10)穿过电极框(8)的矩形电极通孔(12)；
所述密封垫圈(4)的平面形状与电极框(8)的平面形状相同，密封垫圈(4)设有的主出水孔和主进水孔的位置与电极框(8)各自对应的主出水孔(15)和主进水孔(16)的位置相同；
所述密封垫圈(4)的材质为硅胶或为橡胶；
所述活性涂料(9)为活性炭粉、碳纳米管和石墨烯中的一种；
所述电极片(6)的材质为石墨、铝、镍和钛中的一种。
2.根据权利要求1所述的全密闭式电容去离子装置，其特征在于所述压紧固锁板(3)的材质为亚克力板、不锈钢板和铝合金板中的一种。
3.根据权利要求1所述的全密闭式电容去离子装置，其特征在于所述隔网(7)的材质为尼龙或为聚乙烯，所述隔网(7)的网格为菱形网格或为方形网格。
4.根据权利要求1所述的全密闭式电容去离子装置，其特征在于所述电极框(8)的材质为亚克力、工业塑料ABS、聚乙烯、聚丙烯和热熔聚酯树脂中的一种。
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