CN111453820A - 一种履带状回转式电极电容去离子装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种履带状回转式电极电容去离子装置，包括履带状电极、回转轮、脱附腔室和吸附腔室。履带状电极在吸附腔室内完成对水体中带电离子的吸附，在回转轮的带动下，转动到脱附腔室完成解吸从而实现再生，再生的电极再次随回转轮进入吸附腔室进行吸附，完成循环。在整个运行过程中，吸附腔室内电容去离子过程不间断进行，脱附腔室内连续解吸，使得整个系统连续高效运转。履带状转动电极兼顾了固定电极和流动电极的双重优势，解决了固定电极无法实现连续运行及流动电极操作复杂、再生不彻底的问题。本发明通过回转电极的方式同时实现了离子吸附净化原水和离子脱附电极再生过程，保证去离子过程的连续运行，结构简单，自动化程度高，维护方便，便于生产。

Description

一种履带状回转式电极电容去离子装置与方法

技术领域

本发明属于电容去离子技术领域，特别涉及一种履带状回转式电极电容去离子装置与方法。

背景技术

电容去离子是指利用带电电极表面吸附水中离子的现象，使水中溶解盐类被电极的吸附而实现水脱盐的一种电化学水处理技术。

常见的脱盐技术包括蒸馏，反渗透，离子交换和电渗析等，尽管能实现对水中离子的去除，但却存在高耗、低效、难于大规模推广应用等缺点。

电容去离子技术是去除水中盐分的新技术，广泛应用在海水淡化、工农业用水除盐及生活用水除盐等领域中。与上述方法相比，电容去离子技术具有低成本、低能耗、常温高效、易再生、易维护和环境友好等优点，被认为是一项很有潜力的脱盐技术。

电容去离子基于双电层理论，在一对平行的极板间施加静电场，极板间溶液中的带电粒子在电场作用下定向迁移并被吸附于电极表面，溶液离子浓度降低；电极吸附饱和后，短接或反接，在静电斥力的作用下，被吸附的离子从极板上脱附下来，实现电极材料的再生。

目前电极形式主要有固定电极和流动电极。固定电极的电极是刚性的，固定不动，咸水在电极板间流动实现极板和离子之间的接触，由于整个电容去离子过程需要吸附和脱附交替运行，因此，固定电极不易实现连续脱盐过程。流动电极是将刚性极板改成了可流动的电解悬浮液，吸附过程和脱附过程被分开，尽管解决了连续工作的问题，但电解液再生不彻底，易造成活性材料颗粒流失，产生二次污染，并影响运行效果。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种履带状回转式电极电容去离子装置，其解决的技术问题是固定电极不易连续制程以及流动电极电解液再生不彻底，电极活性材料易流失等问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种履带状回转式电极电容去离子装置，包括两条分别作为正负极的履带状电极4，每条履带状电极4分别由两个回转轮5带动运转，在其运转路线上设置脱附腔室6和吸附腔室7，每条履带状电极4在吸附腔室7完成对水体中带电离子的吸附，运转至脱附腔室6完成离子脱附实现再生，再生完成后重新转回吸附腔室7进行吸附，完成循环，整个运行过程中所述履带状电极4在所述吸附腔室7持续吸附离子，同时在所述脱附腔室6持续脱附离子实现再生。

所述履带状电极4是一种具有丰富孔径的柔性环状的导电材料，能提供带电离子吸附的活性位点，如活性炭布等，实现水体中的离子吸附，并将吸附的离子转移到所述脱附腔室6完成脱附，同时实现自身吸附能力的再生。

所述两条履带状电极4平行设置，吸附腔室7为一个，位于中间，供两条履带状电极4穿过，脱附腔室6为两个，位于边缘，对称设置，分别供一条履带状电极4穿过。

所述吸附腔室7中位于两条履带状电极4的外侧分别设置有阴离子交换膜8和阳离子交换膜9，位于两条履带状电极4内侧分别设置有带正电和带负电的吸附集流器3，原水15中的离子在两侧履带状电极4之间电场驱动力的作用下，形成定向迁移，跨越阴离子交换膜8或阳离子交换膜9后吸附在所述履带式电极4上，由此实现对原水15的净化。

所述脱附腔室6中位于履带状电极4内侧设置有脱附集流器1，位于履带状电极4外侧设置有冲洗水进水口11和浓缩液排水口10，履带状电极4上吸附的离子在脱附集流器1的电场力驱动作用下脱附，实现履带状电极4的再生，冲洗水从冲洗水进水口11进入脱附腔室6，随脱附离子从浓缩液排水口10流出脱附腔室6。

所述冲洗水进水口11朝向履带状电极4，所述履带状电极4在脱附腔室6的转动方向和冲洗水在脱附腔室6的流动方向相反，履带状电极4在吸附腔室7的转动方向和原水15的流动方向相反。

所述脱附集流器1和吸附集流器3由绝缘隔板2隔开，脱附集流器1的电压由脱附电源13提供，吸附集流器3的电压由吸附电源14提供，同一履带状电极4内侧的脱附集流器1和吸附集流器3带电性质相反，两个履带状电极4内侧的吸附集流器3带电性质相反。

所述脱附电源13提供的脱附电压大于吸附电源14提供的吸附电压。

所述回转轮5是一种绝缘柱状轮，其作用为带动所述履带状电极履转动，其转速可通过回转轮控制器12进行控制，处理高离子浓度废水时，回转轮5的转速大于处理低离子浓度的废水的转速。

本发明还提供了基于所述履带状回转式电极电容去离子装置的方法，令原水15通过吸附腔室7，回转轮5带动两条履带状电极4运转经过吸附腔室7和脱附腔室6，在吸附腔室7内利用垂直于两条履带状电极4方向的电场力使得原水15中的离子形成定向迁移，吸附在履带式电极4上，完成吸附之后的履带式电极4部分运转至脱附腔室6，在脱附腔室6内利用垂直于履带状电极4方向的电场力使得履带状电极4上吸附的离子脱附，实现履带状电极4的再生，然后再次运转至吸附腔室7进行吸附，而同时完成吸附的履带状电极4也再次运转至脱附腔室6进行脱附。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于履带状电极本质上是一块固体，因此继承了固定电极稳定性高的特点，同时，由于采取了回转的方式，履带状电极相对于原水和吸附集流器是流动的，因此，继承了流动电极吸附效率高，易于实现连续制程的特点，可根据原水水质要求，动态调整履带状电极的转速，从而能灵活的实施一水一策的运行方案，可通过控制进水、再生水的比例，实现对带电离子的高倍富集。解决了固定电极不易连续制程以及流动电极电解液再生不彻底，电极活性材料易流失的问题，本发明通过电极转动的方式实现了同一电极不同部位同时实现离子吸附净化原水和离子脱附电极再生过程，结构简单，自动化程度高，维护方便，便于生产。

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

图1为本发明履带状回转电极电容去离子装置的结构示意图。

图2为本发明履带状回转电极电容去离子装置的实施实例图。

1-脱附集流器；2-绝缘隔板；3-吸附集流器；4-履带式电极；5-回转轮；6-脱附腔室；7-吸附腔室；8-阴离子交换膜；9-阳离子交换膜；10-浓缩液排水口；11-冲洗水进水口；12-回转轮控制器；13-脱附电源；14-吸附电源；15-原水；；16-出水。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，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”、“”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，下面将结合附图以具体实施实例为例做进一步的解释说明，实施实例并不构成对本发明实施的限定。

如图1所示，一种履带状回转式电极电容去离子装置，包括两条分别作为正负极的履带状电极4，每条履带状电极4分别由两个回转轮5带动运转，在其运转路线上设置脱附腔室6和吸附腔室7，每条履带状电极4在吸附腔室7完成对水体中带电离子的吸附，运转至脱附腔室6完成离子脱附实现再生，再生完成后重新转回吸附腔室7进行吸附，完成循环，整个运行过程中履带状电极4在吸附腔室7持续吸附离子，同时在脱附腔室6持续脱附离子实现再生。

本发明中，履带状电极4是一种柔性环状的导电材料，且具有丰富孔径，能提供带电离子吸附的活性位点，如活性炭布等，其作用是实现水体中的离子吸附，并将吸附的离子转移到脱附腔室6完成脱附，同时实现再生，恢复自身吸附能力。

在本发明的一个较佳实施例中，两条履带状电极4平行设置，吸附腔室7为一个，位于中间，供两条履带状电极4穿过，脱附腔室6为两个，位于边缘，对称设置，分别供一条履带状电极4穿过。即，两条履带状电极4共用一个吸附腔室7，而分别独立配置一个脱附腔室6，原水15从吸附腔室7中央位置送入，且送入方向与履带状电极4长度平行，与原水15的进口对应，为出水16的出口。

其中，吸附腔室7中位于两条履带状电极4的外侧(靠近原水15进水的一侧)分别设置有阴离子交换膜8和阳离子交换膜9，位于两条履带状电极4内侧分别设置有带正电(与阴离子交换膜8对应)和带负电(与阳离子交换膜9对应)的吸附集流器3，原水15中的离子在两侧履带状电极4之间电场驱动力的作用下，形成定向迁移，跨越阴离子交换膜8或阳离子交换膜9后吸附在履带式电极4上，由此实现对原水15的净化。

脱附腔室6中位于履带状电极4内侧(靠近吸附集流器3的一侧)设置有脱附集流器1，位于履带状电极4外侧设置有冲洗水进水口11和浓缩液排水口10，冲洗水进水口11和浓缩液排水口10可分别位于顶部和底部，从而形成水流，履带状电极4上吸附的离子在脱附集流器1的电场力驱动作用下脱附，实现履带状电极4的再生，冲洗水从冲洗水进水口11进入脱附腔室6，被喷淋到履带状电极4上，之后，随脱附离子从浓缩液排水口10流出脱附腔室6。

作为一种优选，履带状电极4在脱附腔室6的转动方向和冲洗水在脱附腔室6的流动方向相反，履带状电极4在吸附腔室7的转动方向和原水15的流动方向相反。

其中，脱附集流器1和吸附集流器3由绝缘隔板2隔开，脱附集流器1的电压由脱附电源13提供，吸附集流器3的电压由吸附电源14提供，同一履带状电极4内侧的脱附集流器1和吸附集流器3带电性质相反，两个履带状电极4内侧的吸附集流器3带电性质相反。

为提高脱附效率，作为一种优选，脱附电源13提供的脱附电压应大于吸附电源14提供的吸附电压。

本发明基于该履带状回转式电极电容去离子装置的方法，令原水15通过吸附腔室7，回转轮5带动两条履带状电极4运转经过吸附腔室7和脱附腔室6，在吸附腔室7内利用垂直于两条履带状电极4方向的电场力使得原水15中的离子形成定向迁移，吸附在履带式电极4上，完成吸附之后的履带式电极4部分运转至脱附腔室6，在脱附腔室6内利用垂直于履带状电极4方向的电场力使得履带状电极4上吸附的离子脱附，实现履带状电极4的再生，然后再次运转至吸附腔室7进行吸附，而同时完成吸附的履带状电极4也再次运转至脱附腔室6进行脱附，而处理之后得到的出水16则从吸附腔室7排出。

更具体地，可参考图2，吸附集流器3分为吸附阳极集流器和吸附阴极集流器，分别与阴离子交换膜8和阳离子交换膜9对应设置，脱附集流器1分为脱附阳极集流器和脱附阴极集流器，分别与吸附阴极集流器和吸附阳极集流器对应。

吸附阳极集流器和脱附阴极集流器通过绝缘隔板2隔开，组成电容去离子装置阳极配电体，吸附阴极集流器和脱附阳极集流器亦通过绝缘隔板2隔开，组成电容去离子装置阴极配电体，在电容去离子装置阳极配电体和阴极配电体两端各安装柱状的回转轮5，在阳极配电体和阴极配电体之间安装阴离子交换膜8和阳离子交换膜9。

履带状电极4在吸附腔室7完成对水体中离子的吸附，在回转轮5的带动下，转动到脱附腔室6完成离子脱附实现再生，接着又转回吸附腔室7进行吸附，完成循环。整个运行过程中履带状电极4在吸附腔室7持续吸附离子，同时在脱附腔室6持续脱附离子实现再生；

本发明中，回转轮5是一种绝缘柱状轮，其作用为带动履带状电极履转动，其转速可按照实地需求，通过回转轮控制器12进行控制。作为优选，处理高离子浓度废水时，转速应大于处理低离子浓度的废水的转速。

综上，本发明在整个运行过程中，吸附腔室7内电容去离子过程不间断进行，脱附腔室6内连续解吸，使得整个系统连续高效运转。

转动的履带状电极电容去离子装置兼顾了固定电极和流动电极双重优势，解决了固定电极不易连续制程以及流动电极操作复杂、电解液再生不彻底，电极活性材料易流失的问题，本发明通过回转电极的方式同时实现了离子吸附净化原水和离子脱附电极再生过程，保证去离子过程的连续运行，结构简单，自动化程度高，维护方便，便于生产。

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，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 (10)

1.一种履带状回转式电极电容去离子装置，其特征在于，包括两条分别作为正负极的履带状电极(4)，每条履带状电极(4)分别由两个回转轮(5)带动运转，在其运转路线上设置脱附腔室(6)和吸附腔室(7)，每条履带状电极(4)在吸附腔室(7)完成对水体中带电离子的吸附，运转至脱附腔室(6)完成离子脱附实现再生，再生完成后重新转回吸附腔室(7)进行吸附，完成循环，整个运行过程中所述履带状电极(4)在所述吸附腔室(7)持续吸附离子，同时在所述脱附腔室(6)持续脱附离子实现再生。

2.根据权利要求1所述履带状回转式电极电容去离子装置，其特征在于，所述履带状电极(4)是一种具有丰富孔径的柔性环状的导电材料，能提供带电离子吸附的活性位点，实现水体中的离子吸附，并将吸附的离子转移到所述脱附腔室(6)完成脱附，同时实现自身吸附能力的再生。

3.根据权利要求1所述履带状回转式电极电容去离子装置，其特征在于，所述两条履带状电极(4)平行设置，吸附腔室(7)为一个，位于中间，供两条履带状电极(4)穿过，脱附腔室(6)为两个，位于边缘，对称设置，分别供一条履带状电极(4)穿过。

4.根据权利要求3所述履带状回转式电极电容去离子装置，其特征在于，所述吸附腔室(7)中位于两条履带状电极(4)的外侧分别设置有阴离子交换膜(8)和阳离子交换膜(9)，位于两条履带状电极(4)内侧分别设置有带正电和带负电的吸附集流器(3)，原水(15)中的离子在两侧履带状电极(4)之间电场驱动力的作用下，形成定向迁移，跨越阴离子交换膜(8)或阳离子交换膜(9)后吸附在所述履带式电极(4)上，由此实现对原水(15)的净化。

5.根据权利要求4所述履带状回转式电极电容去离子装置，其特征在于，所述脱附腔室(6)中位于履带状电极(4)内侧设置有脱附集流器(1)，位于履带状电极(4)外侧设置有冲洗水进水口(11)和浓缩液排水口(10)，履带状电极(4)上吸附的离子在脱附集流器(1)的电场力驱动作用下脱附，实现履带状电极(4)的再生，冲洗水从冲洗水进水口(11)进入脱附腔室(6)，随脱附离子从浓缩液排水口(10)流出脱附腔室(6)。

6.根据权利要求5所述履带状回转式电极电容去离子装置，其特征在于，所述冲洗水进水口(11)朝向履带状电极(4)，所述履带状电极(4)在脱附腔室(6)的转动方向和冲洗水在脱附腔室(6)的流动方向相反，履带状电极(4)在吸附腔室(7)的转动方向和原水(15)的流动方向相反。

7.根据权利要求5所述履带状回转式电极电容去离子装置，其特征在于，所述脱附集流器(1)和吸附集流器(3)由绝缘隔板(2)隔开，脱附集流器(1)的电压由脱附电源(13)提供，吸附集流器(3)的电压由吸附电源(14)提供，同一履带状电极(4)内侧的脱附集流器(1)和吸附集流器(3)带电性质相反，两个履带状电极(4)内侧的吸附集流器(3)带电性质相反。

8.根据权利要求7所述履带状回转式电极电容去离子装置，其特征在于，所述脱附电源(13)提供的脱附电压大于吸附电源(14)提供的吸附电压。

9.根据权利要求1所述履带状回转式电极电容去离子装置，其特征在于，所述回转轮(5)是一种绝缘柱状轮，处理高离子浓度废水时，回转轮(5)的转速大于处理低离子浓度的废水的转速，转速通过回转轮控制器(12)进行控制。

10.基于权利要求1-9任意一项所述履带状回转式电极电容去离子装置的方法，其特征在于，令原水(15)通过吸附腔室(7)，回转轮(5)带动两条履带状电极(4)运转经过吸附腔室(7)和脱附腔室(6)，在吸附腔室(7)内利用垂直于两条履带状电极(4)方向的电场力使得原水(15)中的离子形成定向迁移，吸附在履带式电极(4)上，完成吸附之后的履带式电极(4)部分运转至脱附腔室(6)，在脱附腔室(6)内利用垂直于履带状电极(4)方向的电场力使得履带状电极(4)上吸附的离子脱附，实现履带状电极(4)的再生，然后再次运转至吸附腔室(7)进行吸附，而同时完成吸附的履带状电极(4)也再次运转至脱附腔室(6)进行脱附。

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