CN108439555B - 一种太阳能驱动的电容式除盐装置 - Google Patents
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Abstract
本发明专利提供了一种太阳能驱动的电容式除盐装置，其特征在于，该装置包括：蠕动泵、电容去离子装置、太阳能专用蓄电池、太阳能光电板、水样检测装置和水容器，太阳能光电板通过太阳能专用蓄电池与电容去离子装置连接，蠕动泵置于水容器和电容去离子装置之间，水样检测装置与水容器连接；太阳能光电板产生的直流电供给太阳能专用蓄电池，由太阳能专用蓄电池供电给电容去离子装置，对水样进行电容吸附的除盐处理。本发明结构简单、设计合理，能够解决西北地区等高含盐地下水难处理以及水处理装置电能损耗的问题。
Description
技术领域
本发明涉及地下水处理技术领域，尤其涉及一种太阳能驱动的电容式除盐装置。
背景技术
西北等地区地表水资源匮乏，且开发潜力有限。相对于地表水而言，地下水有分布面积广、储存量大、水质水量相对稳定、开发潜力较大等优点。随着城市和工业的迅速发展，城镇排污量增加，农药、化肥施用量的提高，以及机井增多，地下水污染有加重的趋势。由此产生的高含盐地下水含有大量有毒有害难降解有机物及无机离子，如硝酸盐、氯化物、氟离子、硬度离子、铅、铬、镉、锰、硒等20多项有毒物质。若是不经过处理或者是只处理有机物，高含盐地下水势必会对人体的健康、工农业的用水质量造成极大的影响。所以，在这个水资源日益匮乏，水污染日益加重的阶段，寻求一种节能、高效的地下水处理技术显得尤其重要。
但是传统脱盐技术如反渗透、离子交换、电渗析等对高含盐地下水进行处理并不能得到让人满意的效果，或是成本太高无法在西北等地区推广使用。高含盐地下水具有良好的电导率，所以利用电容去离子的方法有显著处理效果。CDI(CapacitiveDeionization，电容去离子)是一种基于双电层电容理论的水质淡化净化技术。其基本原理是在电极上施加低电压后，溶液中阳离子、阴离子或带电粒子在电场力和浓度梯度作用下分别向两极迁移，吸附于电极表面形成双电层，从而达到脱盐或净化的目的。吸附饱和后，降低外接电压，或断开外接电压，或将电极短接，或短时反接电压，双电层变薄或建立相反电性双电层，离子被快速释放，溶液浓度迅速升高，电极实现再生。所以它具有低压、低能耗、常温、高效率、易再生、易维护、低成本、无二次污染等优点。此外，由于和超级电容器有许多共同点，还具有储能的特点，脱盐过程的能耗可在解吸时部分回收。在能源危机与全球变暖的大环境下，电容去离子技术凭借其最大的优点——低能耗，被认为是最有前景地、高效地为人类提供可利用淡水的方法。
即使是低能耗的电容去离子设备也存在着电能消耗的问题，这也是制约其开发的一个问题。但是在西北地区有着丰富的太阳能资源，太阳辐射可以达到2100KWh/m2，利用太阳能发电给电容去离子设备供电，完全可以解决电容式除盐设备的耗能问题，达到资源利用最大化。此外，装置的便携和紧凑也是电容式除盐设备的有力竞争点。因此，有必要设计一种利用太阳能进行驱动的新型电容式除盐装置，对地下水中的无机盐离子进行有效处理。
发明内容
本发明的实施例提供了一种太阳能驱动的电容式除盐装置，以解决上述背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
本发明的实施例提供的一种太阳能驱动的电容式除盐装置，其特征在于，该装置包括：蠕动泵、电容去离子装置、太阳能专用蓄电池、太阳能光电板、水样检测装置和水容器，所述太阳能光电板通过所述太阳能专用蓄电池与所述电容去离子装置连接，所述蠕动泵置于所述水容器和所述电容去离子装置之间，所述水样检测装置与所述水容器连接；
所述的水容器，用于盛放水样，并和所述电容去离子装置连通；
所述的蠕动泵，用于连通所述电容去离子装置和所述水容器，通过抽吸方式使水样在所述电容去离子装置和所述水容器之间循环；
所述的太阳能光电板，用于产生直流电储存于所述太阳能专用蓄电池中；
所述的太阳能专用蓄电池，用于储存所述太阳能光电板产生的直流电，并向所述电容去离子装置供电；
所述的水样检测装置，用于对所述水容器中的水样电导率进行检测；
所述的电容去离子装置，包括至少一组电容去离子单元，用于利用所述太阳能专用蓄电池提供的电能，对所述水容器中的水样进行电容吸附和电容脱附的除盐处理。
优选地，所述电容去离子单元，包括：第一块树脂玻璃端板、第一垫片、第一块橡胶圈、第一块集流板、第一电极、第二块橡胶圈、玻璃纤维垫片、第二电极、第二块集流板、第二垫片和第二块树脂玻璃端板；
所述第一块树脂玻璃端板位于所述电容去离子单元的顶端，所述第二块树脂玻璃端板位于所述电容去离子单元的底端，所述第一垫片、第一块橡胶圈、第一块集流板、第一电极、第二块橡胶圈、玻璃纤维垫片、第二电极、第二块集流板和第二垫片位于所述第一块树脂玻璃端板和所述第二块树脂玻璃端板之间，并从上到下依次叠放；
所述第一块集流板与所述第一电极紧密接触，所述第二块集流板与所述第二电极紧密接触；
所述第一垫片和所述第二垫片之间放置所述第一块橡胶圈形成密封腔，所述第一块集流板和所述第二块集流板放置在所述密封腔中；
所述第一电极、所述第二电极与所述第二块橡胶圈紧密接触。
优选地，所述第一块树脂玻璃端板和所述第二块树脂玻璃端板，用于对电容去离子单元的结构整体起支撑作用；
所述第一垫片和所述第二垫片，用于分别紧靠在所述第一块树脂玻璃端板和所述第二块树脂玻璃端板的内侧，起密封作用；
所述第一块橡胶圈，用于配合所述第一垫片进行密封；
所述第一块集流板和所述第二块集流板，用于汇集电流；
所述第一电极和所述第二电极，用于构成电容结构；
所述第二块橡胶圈，内部结构为中空，用于形成脱盐室；
所述玻璃纤维垫片，用于置放在所述第二块橡胶圈内起绝缘作用。
优选地，所述第一块树脂玻璃端板和所述第二块树脂玻璃端板为正方形的片状结构，边长为L1，厚度为h1，正方形的四个角上分别设置出水孔，所述出水孔的内径为3～5cm，正方形的中间设置一个进水孔，所述进水孔的内径为3～5cm；
所述第一垫片和所述第二垫片为正方形的片状结构，边长为L1，厚度为h2；
所述第一块橡胶圈为正方形的橡胶圈结构，外边长为L1，内边长为L2，厚度为h3，所述第二块橡胶圈为正方形的橡胶圈结构，外边长为L2，内边长为L3，厚度为h4，所述第二块橡胶圈置于所述第一块橡胶圈内，用于防止发生短路；
所述第一块集流板和所述第二块集流板形状相同，均为长方形的片状结构，长度为L4，宽度为L5，有L3<L4<L2，L3<L5<L2，厚度为h5，且长方形的四个角被切除掉腰长为0.8～1cm的等腰直角三角形，所述长方形的宽边上伸出一个小长方形，所述小长方形的长为1.8～2cm，宽为0.8～1cm，在所述小长方形上还有一个圆孔，内径为0.4～0.6cm，所述圆孔用于外接电极，所述第一块集流板对角线交点处还设置一个进水孔，内径为0.4～0.6cm；
所述第一电极和所述第二电极为正方形的片状结构，边长为L3，厚度为0.6～0.8cm，所述第一电极与所述第二电极之间的间距为0.8～1.5mm；
所述玻璃纤维垫片为正方形的片状结构，置于所述第二块橡胶圈的内部，边长为L3；
所述L1为：15～20cm，所述L2为：10～13cm，所述L3为：7～9cm；
所述h1为：0.8～1.1cm，所述h2为：0.08～0.11cm，所述h3＝h4+2×h5，所述h4为：0.5～3mm，所述h5为：0.5～5mm。
优选地，所述第一块树脂玻璃端板和所述第二块树脂玻璃端板，采用非导电材料制成；
所述第一块集流板和第二块集流板，采用钛板制成。
优选地，所述第一电极和所述第二电极是采用涂覆法进行制备得到的电极板；
制备方法为：原料采用粘合剂、活性炭和石墨粉，将质量比为：粘合剂:活性炭:石墨粉＝0.3:3.6:0.45的原料，按质量比置于1-甲基-2-吡咯烷酮有机溶剂中均匀混合后得到混合浆料，再将混合浆料分散倒在集流体上进行匀速多次的涂覆得到电极板；
所述粘合剂，选用聚偏氟乙烯或聚乙烯醇；
所述活性炭，粒径为300目，选用木质粉末、碳纳米纤维、碳气凝胶或石墨烯。
优选地，所述电容去离子装置采用循环流的运行方式，进行电容吸附处理和电容脱附处理；
电容吸附处理的运行过程为：
所述蠕动泵将所述水容器中的待处理水样泵入所述脱盐室内，在所述第一电极和所述第二电极加上直流电进行电容吸附处理，此时经过吸附处理的水样通过所述出水孔流出所述除盐室，经过所述蠕动泵的抽吸循环，再次进入所述脱盐室进行下一次的电容吸附处理，利用所述水样检测装置对所述水容器中的水样进行检测，当水样电导率不再降低，所述第一电极、第二电极的吸附已经达到饱和，停止向所述第一电极、第二电极供电；
电容脱附处理的运行过程为：
当所述水容器中的水样电导率不再降低，将所述太阳能专用蓄电池与所述第一电极、第二电极之间进行短接或反接，释放所述第一电极、第二电极上电容吸附的离子，并将纯净水作为所述电容去离子装置的进水，循环进水，清洗所述第一电极、第二电极上脱附下来的离子，再利用所述水样检测装置检测电导率判断所述第一电极、第二电极上的离子是否脱附干净。
优选地，所述太阳能光电板，在光照充足时，将太阳能转换为直流电，向所述电容去离子装置供电；
所述太阳能专用蓄电池，储存所述太阳能光电板转换的多余电能，用于在缺少光照时，向所述电容去离子装置供电，维持所述电容去离子装置的运行。由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过太阳能光电板发电为电容去离子装置进行高含盐地下水除盐提供电力，并利用太阳能专用蓄电池保证装置可以持续、有效地去除地下水中的无机盐离子，利用蠕动泵将电容去离子装置与水容器进行水样交换，实现循环电容吸附去离子。本发明可大幅度降低高含盐地下水的处理成本，缩短地下水处理的时间并且提高地下水处理的效果，还能减少二次污染，并利用太阳能供电，有效解决电力不足的问题，做到合理利用资源。结构简单，装置整体紧凑、便携，可扩大使用范围。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种太阳能驱动的电容式除盐装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种太阳能驱动的电容式除盐装置的电容去离子单元结构示意图；
其中，1-蠕动泵，2-电容去离子装置，3-太阳能专用蓄电池，4-太阳能光电板，5-水样检测装置，6-水容器，201-电容去离子单元；
202-第一块树脂玻璃端板，203-第一垫片，204-第一块橡胶圈，205-第一块集流板，206-第一电极，207-第二块橡胶圈，208-玻璃纤维垫片，209-第二电极，210-第二块集流板，211-第二垫片，212-第二块树脂玻璃端板，213-出水孔，214-进水孔，215-小长方形。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
实施例一
本发明实施例提供了一种太阳能驱动的电容式除盐装置，利用太阳能光电板采集太阳能转换为电能，向电容去离子装置持续、稳定地提供直流电，对高含盐的地下水进行有效的除盐处理。
本发明实施例提供的一种太阳能驱动的电容式除盐装置的结构示意图如图1所示，该装置包括：蠕动泵1、电容去离子装置2、太阳能专用蓄电池3、太阳能光电板4、水样检测装置5和水容器6，太阳能光电板通过太阳能专用蓄电池与电容去离子装置连接，蠕动泵置于水容器和电容去离子装置之间，水样检测装置与水容器连接。
该装置各部件的具体内容如下：
(1)水容器
水容器，用于盛放水样，并和所述电容去离子装置连通。
(2)蠕动泵
蠕动泵，用于连通所述电容去离子装置和所述水容器，通过抽吸方式使水样在所述电容去离子装置和所述水容器之间循环。
(3)太阳能光电板
太阳能光电板，用于产生直流电储存于所述太阳能专用蓄电池中。
太阳能光电板，在光照充足时，将太阳能转换为直流电，向所述电容去离子装置供电；无需直流-交流电的转换，提高了电能利用率，提高了经济效应。
(4)太阳能专用蓄电池
太阳能专用蓄电池，用于储存所述太阳能光电板产生的直流电，并向所述电容去离子装置供电。
太阳能专用蓄电池，储存所述太阳能光电板转换的多余电能，用于在缺少光照时，向所述电容去离子装置供电，维持所述电容去离子装置的运行。
(5)水样检测装置
水样检测装置，用于对所述水容器中的水样电导率进行检测。
(6)电容去离子装置
电容去离子装置，包括至少一组电容去离子单元，用于利用所述太阳能专用蓄电池提供的电能，对所述水容器中的水样进行电容吸附和电容脱附的除盐处理。
本发明实施例提供的一种太阳能驱动的电容式除盐装置的电容去离子单元结构示意图如图2所示，电容去离子单元包括：第一块树脂玻璃端板、第一垫片、第一块橡胶圈、第一块集流板、第一电极、第二块橡胶圈、玻璃纤维垫片、第二电极、第二块集流板、第二垫片和第二块树脂玻璃端板。第一块树脂玻璃端板位于电容去离子单元的顶端，第二块树脂玻璃端板位于电容去离子单元的底端，第一垫片、第一块橡胶圈、第一块集流板、第一电极、第二块橡胶圈、玻璃纤维垫片、第二电极、第二块集流板和第二垫片位于第一块树脂玻璃端板和第二块树脂玻璃端板之间，并从上到下依次叠放。第一块集流板与第一电极紧密接触，第二块集流板与第二电极紧密接触；第一垫片和所述第二垫片之间放置所述第一块橡胶圈形成密封腔，所述第一块集流板和所述第二块集流板放置在所述密封腔中；第一电极、第二电极与第二块橡胶圈紧密接触。
电容去离子装置采用循环流的运行方式，进行电容吸附处理和电容脱附处理。
(a)电容吸附处理的运行过程如下：
所述蠕动泵将所述水容器中的待处理水样泵入所述脱盐室内，在所述第一电极和所述第二电极加上直流电进行电容吸附处理，此时经过吸附处理的水样通过所述出水孔流出所述除盐室，经过所述蠕动泵的抽吸循环，再次进入所述脱盐室进行下一次的电容吸附处理，利用所述水样检测装置对所述水容器中的水样进行检测，当水样电导率不再降低，所述第一电极、第二电极的吸附已经达到饱和，停止向所述第一电极、第二电极供电。
(b)电容脱附处理的运行过程如下：
当所述水容器中的水样电导率不再降低，将所述太阳能专用蓄电池与所述第一电极、第二电极之间进行短接或反接，释放所述第一电极、第二电极上电容吸附的离子，并将纯净水作为所述电容去离子装置的进水，循环进水，清洗所述第一电极、第二电极上脱附下来的离子，再利用所述水样检测装置检测电导率判断所述第一电极、第二电极上的离子是否脱附干净。
电容去离子单元各部件的具体内容如下：
A、第一块树脂玻璃端板和第二块树脂玻璃端板
第一块树脂玻璃端板和第二块树脂玻璃端板，采用非导电材料制成，用于对电容去离子单元的结构整体起支撑作用。
第一块树脂玻璃端板和第二块树脂玻璃端板，均为正方形的片状结构，边长为L1(15～20cm)，厚度为h1(0.8～1.1cm)，正方形的四个角上分别设置出水孔，内径为3～5cm，正方形的中间设置一个进水孔，内径为3～5cm。
B、第一垫片和第二垫片
第一垫片和第二垫片，用于分别紧靠在第一块树脂玻璃端板和第二块树脂玻璃端板的内侧，起密封作用。
第一垫片和第二垫片为正方形的片状结构，边长为L1(15～20cm)，厚度为h2(0.08～0.11cm)。
C、第一块橡胶圈
第一块橡胶圈，用于配合第一垫片进行密封。
第一块橡胶圈为正方形的橡胶圈结构，外边长为L1(15～20cm)，内边长为L2(10～13cm)，厚度为h3，h3＝h4+2×h5。
D、第一块集流板和第二块集流板
第一块集流板和第二块集流板，采用钛板制成，用于汇集电流。
第一块集流板和第二块集流板形状相同，均为长方形的片状结构，长度为L4，宽度为L5，有L3<L4<L2，L3<L5<L2，可取：L4为11cm，L5为10cm，厚度为h5(0.5～5mm)，且长方形的四个角被切除掉腰长为0.8～1cm的等腰直角三角形，所述长方形的宽边上伸出一个小长方形，所述小长方形的长为1.8～2cm，宽为0.8～1cm，在所述小长方形上还有一个圆孔，内径为0.4～0.6cm，所述圆孔用于外接电极，所述第一块集流板对角线交点处还设置一个进水孔，内径为0.4～0.6cm。
E、第一电极和第二电极
第一电极和第二电极，用于构成电容结构。
第一电极和第二电极为正方形的片状结构，边长为L3(7～9cm)，厚度为0.6～0.8cm，所述第一电极与所述第二电极之间的间距为0.8～1.5mm。
第一电极和第二电极是采用涂覆法进行制备得到的电极板。原料采用粘合剂、活性炭和石墨粉，其中，粘合剂可选用聚偏氟乙烯或聚乙烯醇；活性炭，粒径为300目，可选用木质粉末、碳纳米纤维、碳气凝胶或石墨烯。
制备方法为：将粘合剂与一定量的1-甲基-2-吡咯烷酮在磁力搅拌器上搅拌1h，若搅拌过程中有结块现象，提高转速或超声震荡加速溶解，无明显结块时，调低转速，避免混合液中有气泡存在。待粘合剂完全溶解后，按配比先缓慢分散加入导电剂石墨粉进行搅拌，混合充分后再缓慢分散加入活性炭粉，分散滴入一定量的1-甲基-2-吡咯烷酮确保活性炭粉末能够浸湿。磁力搅拌2h以上，混合均匀待用。将混匀的浆料尽量分散的倒在集流体上，再用可调式涂布器匀速多次涂布得到电极板。涂覆后的电极板先在室温下自然风干1h以上，然后放入真空干燥箱进行干燥；采用分段式真空干燥，先在60℃下干燥1h，后在150℃下干燥7h。可在干燥过程中多次开启真空泵，使挥发出的气体排出真空箱外，得到厚度为0.6～0.8cm的活性炭电极板。
F、第二块橡胶圈
第二块橡胶圈，内部结构为中空，用于形成脱盐室。
第二块橡胶圈为正方形的橡胶圈结构，外边长为L2(10～13cm)，内边长为L3(7～9cm)，厚度为h4(0.5～3mm)，第二块橡胶圈置于第一块橡胶圈内，用于防止发生短路。
G、玻璃纤维垫片
玻璃纤维垫片，用于置放在第二块橡胶圈内起绝缘作用。
玻璃纤维垫片为正方形的片状结构，置于所述第二块橡胶圈的内部，边长为L3(7～9cm)。
本领域技术人员应能理解上述电容去离子装置的具体尺寸仅为举例，而非对本发明实施例作出的限定。其他现有的或今后可能出现的对电容去离子装置的尺寸进行的调整如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
实施例二
该实施例将本发明的太阳能驱动的电容式除盐装置应用于氟化钠溶液的去离子实验，具体如下：
以直流电源向电容去离子装置供电，在第一电极和第二电极上分别加上1.0～1.2V的直流电压，选取了浓度为190mg/L，体积为120mL的NaF溶液，并分别在1.2V、1.3V、1.4V的电压下进行了电容去离子实验。实验结束后，通过水样检测装置的检测，计算得到活性炭对氟离子的吸附量分别为：83.17mg/L、52.65mg/L、46.61mg/L。
实施例三
该实施例将本发明的太阳能驱动的电容式除盐装置应用于硝酸钠溶液的去离子实验，具体如下：
以直流电源向电容去离子装置供电，在第一电极和第二电极上分别加上1.0～1.2V的直流电压，选取了浓度为100mg/L，体积为120mL的NaNO3溶液，并分别在1.2V、1.3V、1.4V的电压下进行了电容去离子实验。实验结束后，通过水样检测装置的检测，计算得到活性炭对硝酸根离子的吸附量分别为：53.76mg/L、53.54mg/L、52.12mg/L。
实施例四
该实施例将本发明的太阳能驱动的电容式除盐装置应用于氯化钠溶液的去离子实验，具体如下：
以直流电源向电容去离子装置供电，在第一电极和第二电极上分别加上1.0～1.2V的直流电压，选取了浓度为10mmol/L，体积为120mL的NaCl溶液，并分别在0.8V、1.0V、1.2V、1.25V、1.3V、1.4V的电压下进行了电容去离子实验。实验结束后，通过水样检测装置的检测，计算得到活性炭对氯离子的吸附量分别为：29.01mg/L、34.05mg/L、58.71mg/L、60.74mg/L、55.48mg/L、64.38mg/L。
实施例五
该实施例将本发明的太阳能驱动的电容式除盐装置应用于氯化钠溶液的去离子实验，具体如下：
通过太阳能光电板对太阳能的转换，以太阳能装置为电源向电容去离子装置供电，选取了浓度为10mmol/L，体积为120mL的NaCl溶液，并分别在1.25V、1.3V、1.4V的电压下进行了电容去离子实验。实验结束后，通过水样检测装置的检测，计算得到活性炭对氯离子的吸附量分别为：56.70mg/L、44.95mg/L、45.55mg/L。
综上所述，本发明实施例通过太阳能光电板发电为电容去离子装置进行高含盐地下水除盐提供电力，并利用太阳能专用蓄电池保证装置可以持续、有效地去除地下水中的无机盐离子，利用蠕动泵将电容去离子装置与水容器进行水样交换，实现循环的电容吸附除盐处理。本发明大幅度的降低了高含盐地下水的处理成本，缩短了地下水处理的时间并且提高地下水处理的效果，还减少了二次污染，并利用太阳能供电，有效的解决了电力不足的问题，做到了合理利用资源。本发明结构简单，装置整体紧凑、便携，可扩大使用范围，能够有效解决西北地区等高含盐地下水难处理以及水处理设备电能损耗的问题。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种太阳能驱动的电容式除盐装置，其特征在于，该装置包括：蠕动泵、电容去离子装置、太阳能专用蓄电池、太阳能光电板、水样检测装置和水容器，所述太阳能光电板通过所述太阳能专用蓄电池与所述电容去离子装置连接，所述蠕动泵置于所述水容器和所述电容去离子装置之间，
所述水样检测装置与所述水容器连接；
所述的水容器，用于盛放水样，并和所述电容去离子装置连通；
所述的蠕动泵，用于连通所述电容去离子装置和所述水容器，通过抽吸方式使水样在所述电容去离子装置和所述水容器之间循环；
所述的太阳能光电板，用于产生直流电储存于所述太阳能专用蓄电池中；
所述的太阳能专用蓄电池，用于储存所述太阳能光电板产生的直流电，并向所述电容去离子装置供电；
所述的水样检测装置，用于对所述水容器中的水样电导率进行检测；
所述的电容去离子装置，包括至少一组电容去离子单元，用于利用所述太阳能专用蓄电池提供的电能，对所述水容器中的水样进行电容吸附和电容脱附的除盐处理；
所述电容去离子单元，包括：第一块树脂玻璃端板、第一垫片、第一块橡胶圈、第一块集流板、第一电极、第二块橡胶圈、玻璃纤维垫片、第二电极、第二块集流板、第二垫片和第二块树脂玻璃端板；
所述第一块树脂玻璃端板位于所述电容去离子单元的顶端，所述第二块树脂玻璃端板位于所述电容去离子单元的底端，所述第一垫片、第一块橡胶圈、第一块集流板、第一电极、第二块橡胶圈、玻璃纤维垫片、第二电极、第二块集流板和第二垫片位于所述第一块树脂玻璃端板和所述第二块树脂玻璃端板之间，并从上到下依次叠放；
所述第一块集流板与所述第一电极紧密接触，所述第二块集流板与所述第二电极紧密接触；
所述第一垫片和所述第二垫片之间放置所述第一块橡胶圈形成密封腔，所述第一块集流板和所述第二块集流板放置在所述密封腔中；
所述第一电极、所述第二电极与所述第二块橡胶圈紧密接触；
所述第一块树脂玻璃端板和所述第二块树脂玻璃端板为正方形的片状结构，边长为L1，厚度为h1，正方形的四个角上分别设置出水孔，所述出水孔的内径为3～5cm，正方形的中间设置一个进水孔，所述进水孔的内径为3～5cm；
所述第一垫片和所述第二垫片为正方形的片状结构，边长为L1，厚度为h2；
所述第一块橡胶圈为正方形的橡胶圈结构，外边长为L1，内边长为L2，厚度为h3，所述第二块橡胶圈为正方形的橡胶圈结构，外边长为L2，内边长为L3，厚度为h4，所述第二块橡胶圈置于所述第一块橡胶圈内，用于防止发生短路；
所述第一块集流板和所述第二块集流板形状相同，均为长方形的片状结构，长度为L4，宽度为L5，有L3<L4<L2，L3<L5<L2，厚度为h5，且长方形的四个角被切除掉腰长为0.8～1cm的等腰直角三角形，所述长方形的宽边上伸出一个小长方形，所述小长方形的长为1.8～2cm，宽为0.8～1cm，在所述小长方形上还有一个圆孔，内径为0.4～0.6cm，所述圆孔用于外接电极，所述第一块集流板对角线交点处还设置一个进水孔，内径为0.4～0.6cm；
所述第一电极和所述第二电极为正方形的片状结构，边长为L3，厚度为0.6～0.8cm，所述第一电极与所述第二电极之间的间距为0.8～1.5mm；
所述玻璃纤维垫片为正方形的片状结构，置于所述第二块橡胶圈的内部，边长为L3；
所述L1为：15～20cm，所述L2为：10～13cm，所述L3为：7～9cm；
所述h1为：0.8～1.1cm，所述h2为：0.08～0.11cm，所述h3＝h4+2×h5，所述h4为：0.5～3mm，所述h5为：0.5～5mm。
2.根据权利要求1所述的太阳能驱动的电容式除盐装置，其特征在于，所述第一块树脂玻璃端板和所述第二块树脂玻璃端板，用于对电容去离子单元的结构整体起支撑作用；
所述第一垫片和所述第二垫片，用于分别紧靠在所述第一块树脂玻璃端板和所述第二块树脂玻璃端板的内侧，起密封作用；
所述第一块橡胶圈，用于配合所述第一垫片进行密封；
所述第一块集流板和所述第二块集流板，用于汇集电流；
所述第一电极和所述第二电极，用于构成电容结构；
所述第二块橡胶圈，内部结构为中空，用于形成脱盐室；
所述玻璃纤维垫片，用于置放在所述第二块橡胶圈内起绝缘作用。
3.根据权利要求2所述的太阳能驱动的电容式除盐装置，其特征在于，所述第一块树脂玻璃端板和所述第二块树脂玻璃端板，采用非导电材料制成；
所述第一块集流板和第二块集流板，采用钛板制成。
4.根据权利要求3所述的太阳能驱动的电容式除盐装置，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极是采用涂覆法进行制备得到的电极板；
制备方法为：原料采用粘合剂、活性炭和石墨粉，将质量比为：粘合剂:活性炭:石墨粉＝0.3:3.6:0.45的原料，按质量比置于1-甲基-2-吡咯烷酮有机溶剂中均匀混合后得到混合浆料，再将混合浆料分散倒在集流体上进行匀速多次的涂覆得到电极板；
所述粘合剂，选用聚偏氟乙烯或聚乙烯醇；
所述活性炭，粒径为300目，选用木质粉末、碳纳米纤维、碳气凝胶或石墨烯。
5.根据权利要求2所述的太阳能驱动的电容式除盐装置，其特征在于，所述电容去离子装置采用循环流的运行方式，进行电容吸附处理和电容脱附处理；
电容吸附处理的运行过程为：
所述蠕动泵将所述水容器中的待处理水样泵入所述脱盐室内，在所述第一电极和所述第二电极加上直流电进行电容吸附处理，此时经过吸附处理的水样通过所述出水孔流出所述脱 盐室，经过所述蠕动泵的抽吸循环，再次进入所述脱盐室进行下一次的电容吸附处理，利用所述水样检测装置对所述水容器中的水样进行检测，当水样电导率不再降低，所述第一电极、第二电极的吸附已经达到饱和，停止向所述第一电极、第二电极供电；
电容脱附处理的运行过程为：
当所述水容器中的水样电导率不再降低，将所述太阳能专用蓄电池与所述第一电极、第二电极之间进行短接或反接，释放所述第一电极、第二电极上电容吸附的离子，并将纯净水作为所述电容去离子装置的进水，循环进水，清洗所述第一电极、第二电极上脱附下来的离子，再利用所述水样检测装置检测电导率判断所述第一电极、第二电极上的离子是否脱附干净。
6.根据权利要求1所述的太阳能驱动的电容式除盐装置，其特征在于，所述太阳能光电板，在光照充足时，将太阳能转换为直流电，向所述电容去离子装置供电；
所述太阳能专用蓄电池，储存所述太阳能光电板转换的多余电能，用于在缺少光照时，向所述电容去离子装置供电，维持所述电容去离子装置的运行。
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Legal Events
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Granted publication date: 20201009 Termination date: 20210426 |