CN111819157A - 用于将溶解有电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子装置和方法、和使用所述装置的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将溶解有至少一种电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子装置，该装置包括：至少一个处理通道(12)，具有配置成接收进料液体的进料入口和配置成排放去离子后的进料液体的进料出口，使得处理通道包括进料液体流(L)；一个或多个收集器通道(14、140、141、142)，配置成收集从进料液体中分离出的阴离子和阳离子；电解质出口(15)，配置成排放所收集的阴离子和阳离子；至少一个通道电极(131)、至少一个分离电极(132)和至少一个收集器电极(133)；其中通道电极和分离电极放置在处理通道的相对侧处，且其中分离电极和收集器电极放置在收集器通道的相对侧处；场发生器(13)，用于在通道电极与分离电极之间及在分离电极与收集器电极之间产生电场和/或磁场；其中，该场是可变的，并且产生从处理通道到收集器通道的离子流(I)，且离子流方向对于阴离子和阳离子相同。

Description

用于将溶解有电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子 装置和方法、和使用所述装置的设备

技术领域

本发明涉及用于将溶解有电解质的进料液体至少部分地去离子(deionize，去离子化)的去离子装置和方法，以及使用这样的装置的设备。

背景技术

对于几种类型的溶解有电解质的液体，去离子技术是已知的。例如，反渗透是使用半透膜从液体溶剂(诸如水)中去除离子的已知纯化(purification，净化)技术。反渗透通过向溶剂施加压力而起作用，该压力克服了渗透压力并推动溶剂通过膜，所述膜对于待去除的电解质是不能渗透的。反渗透能去除许多不同的电解质，从而被广泛地使用。例如，为了对水进行淡化(desalination，脱盐)(即，部分去除所溶解的盐(诸如NaCl和KCl))，反渗透是主要技术。

电容去离子或CDI是用于去除离子的另一种已知技术，该技术使用一组多孔电极，在被施加电压时该组多孔电极吸收离子。在图1中示意性地示出CDI工艺。多孔电极131、132位于通道的两侧，并且溶剂和电解质的溶液2(例如盐水)通过通道在它们之间流动。在步骤(A)期间，在电极131、132上施加DC电压，这将导致负离子3朝向正电极132迁移，而正离子4朝向负电极131迁移。由此在电极131、132表面处所形成的“离子双层(ionic doublelayer)”从在所述电极之间流动的溶液中减除(deplete，除去)离子。因此，流出流具有例如盐的低离子浓度，并且该稀释流可以作为产物流在出口11处被收集，直到电极中离子完全饱和并且不能吸收更多离子为止。

一旦完全饱和，需要电极131、132的再生，如图1中的B所示。为了使电极再生，或是使电极短路或是使极性反转，这导致将所吸收的离子释放到溶液中。当离子被释放时，该装置产生具有比流入的溶剂更高的离子浓度的废物流或浓缩液。通过将该废物流转移到另一个出口15，可以防止废物流与在A中产生的产物流混合。

然而，这种不可避免的再生导致效率损失。它还需要机械干预(即阀或开关)，所述机械干预使得产物流和废物流能够分别转移到不同的出口11、15。此外，再生可能需要大量时间(高达约50％)，在此期间中止去除过程。

US 201670130161[1]描述了一种用于从液体溶液中分离盐的设备，WO 2006/039873[2]描述了一种用于海水淡化的设备，以及US 2014/0374258[3]描述了一种用于淡化的系统。

尽管有上述进步，但仍然需要更简单、更有效和更灵活以及更具成本效益的去离子装置。

发明内容

本发明如权利要求中所限定。

本发明提供了如所附权利要求中所描述的装置、设备和方法。

在从属权利要求中阐述了本发明的具体实施例。

参考下面描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得明显并且得到阐明。

本发明的第一方面涉及一种用于将溶解有至少一种电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子装置，该装置包括：

-至少一个处理通道(12)，具有被配置成用于接收所述进料液体的进料入口和被配置成用于排放去离子后的进料液体的进料出口，使得所述处理通道包括进料液体流(L)；

-一个或多个收集器通道(14、140、141、142)，被配置成用于收集从进料液体中分离出的阴离子和阳离子；

-电解质出口(15)，被配置成用于排放所收集的阴离子和阳离子；

-至少一个通道电极(131)、至少一个分离电极(132)和至少一个收集器电极(133)；

其中通道电极和分离电极被放置在处理通道的相对侧处，并且其中分离电极和收集器电极被放置在收集器通道的相对侧处；

-场发生器(13)，用于在通道电极与分离电极之间以及在分离电极与收集器电极之间产生电场和/或磁场；

其中，所述场适用于产生从所述处理通道到所述收集器通道的离子流(I)，并且其中离子流方向对于阴离子和阳离子是相同的。

在优选实施例中，场发生器产生电场，诸如电极之间的电位差或电压差。

本发明的第二方面涉及根据第一方面的装置作为用于从液体中分离不同类型的电解质的电解质提取设备、或者作为用于海水的淡化设备、或者作为用于对受有毒或放射性电解质污染的液体进行净化的净化设备、或者作为用于从液体中回收金属的电解回收设备的用途。

本发明的第三方面涉及一种用于将溶解有电解质的进料液体部分地去离子的方法，该方法包括以下步骤：

-提供根据第一方面的装置；

-在进料入口处接收进料液体；

-使进料液体行进通过处理通道；

-在处理通道中产生电场和/或磁场，由此沿离子流方向驱动电解质的阴离子和阳离子，该离子流方向与进料液体流动方向不同且对于阴离子和阳离子两者相同；

-在收集器通道处收集阴离子和阳离子；

-在进料出口处排放去离子后的进料液体；以及

在电解质出口处排放所收集的阴离子和阳离子。

附图说明

将参考附图仅借助于示例来描述本发明的进一步细节、方案和实施例。在附图中，相同的附图标记用于标识相同或功能相似的元件。附图中的元件是为了简单和清晰而示出的，并且不一定是按比例绘制的。

图1示出现有技术的电容去离子或CDI装置的示例的示意图。

图2示出根据本发明的去离子装置的示例的示意图。

图3示意性地示出适用于图2的示例的阶段和控制序列。

图4示出去离子装置的另一个示例的分解立体图。

图5示意性地示出适用于图2的示例的替代控制序列的作为时间的函数的电极电压的曲线图。

图6-图9示出根据本发明的去离子装置的更多示例的示意图。

图10示意性地示出其中使用根据本发明的去离子装置的设备的示例的立体图。

图11示出实验结果。

具体实施方式

下面借助于附图描述本发明。本领域技术人员应当理解，在不同的附图中用相同的附图标记表示装置的相同特征或部件。附图标记列表可以在具体实施方式部分的末尾找到。

在下文中，为了不混淆或分散本发明的教导，将不会以任何比理解和领会本发明的基本概念所需的程度更大的程度来解释细节。

装置

参考图2，其中所示的去离子装置1的示例可以用于将溶解有一种或多种电解质(示出了其离子3、4)的进料液体2至少部分地去离子。例如，可以将一种或多种类型的盐和/或酸和/或碱溶解在液体2中。溶液可以例如包括不同的电解质，诸如NaCl、KCl。去离子装置1包括进料入口10和稀释出口11。例如，当进料入口10与位于该入口上游的进料液体2的合适供应源相连时，可以在进料入口10处接收进料液体2。具有比进料液体2更低的电解质的离子3、4的浓度的稀释液体5可以在稀释出口11处被排放到例如位于稀释出口11下游的进一步处理设备(图1中未示出)。去离子装置1还包括处理通道12，该处理通道在进料液体2的液体流动方向L上的上游侧120处连接至进料入口10，并且在下游侧121处连接至稀释出口11。

装置1包括在离子流方向上位于处理通道的下游的收集器14和场发生器13。电解质出口15连接至收集器14。

在操作中，场发生器13在处理通道12中产生电场和/或磁场

所述电场和/或磁场沿离子流方向I驱动电解质的阴离子3和阳离子4，该离子流方向与液体流动方向L不同且对于阴离子和阳离子两者相同。收集器14收集被驱动到处理通道外部的阴离子和阳离子。然后所收集的阴离子和阳离子与稀释液体5分开地在电解质出口处被排放，在该示例中，作为流向出口15的浓缩液体流6被排放。

所述场沿相同的离子流方向I驱动电解质的阴离子3和阳离子4，并将它们从处理通道驱动出去，从而将它们与处理通道中的进料液体分离。因此，不需要中止该过程以从处理通道中的电极中释放所捕获的离子，并且能够以(半)连续的方式执行去离子。这使得能够容易地分离电解质和稀释液体流。

此外，还避免了在机械部件中进行预设(foresee)以保持分离的电解质排放路径和稀释液体路径的需要。因此，可以减少机械部件的数量，并且例如可以制造全电式(all-electric)(除进料液体的流动之外)去离子装置，而不需要电极的再生。这是已证实的实验，其中，即使使用基本设置，盐水也被处理以产生盐度较低的水，而不需要机械干预来连续操作去离子装置数小时。

减少或完全去除机械部件的可能性进一步允许制造耐用且低成本的去离子装置，这特别地但非排他性地对于盐水的淡化以产生饮用水是有意义的。此外，去离子装置可以被缩减至任何所需的输出体积，因此例如特别有利于生产较小体积(诸如小于1000升/天、例如小于500升/天、例如小于50升/天、例如小于10升/天)的淡化水。这可以例如用于家庭所消耗的水(诸如用于饮用水)的淡化。

电解质离子

所收集的阴离子和阳离子能够以任何期望的形式被排放。例如，当离子溶解在合适的溶剂(例如浓缩液体6)中时可被排放，所述浓缩液体中的电解质浓度(例如，以质量和/或ppm和/或体积)高于稀释液体5中的电解质浓度，并且此外还高于进料液体2中的电解质浓度。然而，它们也可溶解在浓度低于或等于进料液体(诸如低于或等于所述稀释液体)的液体中被排放。

所收集的离子可以溶解在与进料液体相同的液体或另一种合适类型的液体溶剂中被排放。例如，进料液体可以是水溶液，电解质溶剂可以是有机液体或水性液体(aqueousliquid)。同样，进料液体可以是水溶液，电解质溶剂可以是水，诸如软化水(demineralizedwater，无矿物水)或饮用水。

场发生器

场发生器13和场可以以适合于特定实施方式的任何方式来实现。所述场例如可以是可变场，在对进料液体进行去离子期间，所述场在处理通道12中随时间改变由以下各项组成的组中的一项或多项：极性、强度、方向。例如，如下所述，所述场可以按照预定的阶段周期(cycle of phase，阶段循环)随时间改变极性或反转方向。

在图2的示例的去离子装置中，所述场

是电场，并且场发生器13包括可连接至电源19(诸如DC电源)的电触点130。电极131-132位于处理通道12的相对侧处，所述电极连接至电触点130。电极131、132彼此面对，并且当通过电源19提供电力时，在电极131、132之间产生电场。场发生器还包括电子控制电路134，在操作中该电子控制电路例如通过以适当的顺序切换电极来控制电场。在该示例中，控制电路连接至电触点和电极，并且控制电路控制调节电场的电极的参数。

如图2中所示，场发生器13可以包括不同组的电极。例如，第一组电极131、132允许在处理通道12中产生电场，而第二组电极132、133允许在收集器14中产生电场。

在图2的示例中，电极包括通道电极131、分离电极132和收集器电极133。如图所示，收集器电极133位于收集器中，与分离电极132相距一定距离。通过在通道电极131与分离电极132之间施加合适的电压，可以在处理通道12中产生场，并且通过在收集器电极133与分离电极132之间施加合适的电压可以在收集器中产生场。收集器14中的场例如可用于沿远离处理通道12的方向将被驱动的阴离子和/或阳离子驱动到收集器中，和/或可用于将待移除的电解质的阴离子和/或阳离子吸引到收集器中。

处理通道和收集器可以以适合于特定实施方式的任何方式来实现。仍然参考图2和图3，如图所示，去离子装置1可以包括位于处理通道12与收集器14之间的分离物(separation，隔离物)。该分离物为阴离子和阳离子提供相对高于液体的通量，并且允许阴离子和阳离子从分离物的处理通道12侧行进到分离物的收集器14侧。在本示例的去离子装置1中，收集器14包括收集器通道140(还参见图7)，该收集器通道在浓缩液流动方向上的下游侧处连接至电解质出口15。分离物将收集器通道140与处理通道12分离。例如，在本示例的去离子装置1中，分离物包括分离电极132。

电极

如图2和图3中所示，在处理通道12的一侧或多侧处，电极131-133中的一个或多个可以是多孔的，例如是微孔的、中孔的(mesoporous，介孔的)或纳米孔的(nanoporous)，因此具有较大的内表面。这使得电极131-133能够在离子双层中收集大量离子。例如，分离电极132可以是多孔的，这使得分离电极132能够用作膜，该膜从处理通道吸收离子并将这些离子释放到收集器。要注意的是，在阶段控制电路135中，浮动连接(floating connection)也是可能的。

在该示例中，分离电极132是多孔的、离子能渗透(ion permeable，离子可透过)材料，并且离子通过该电极从处理通道流入收集器中。更具体地，分离电极132将处理通道与收集器分离。

术语“离子能渗透”材料是指这样的材料，其被构造成对于离子(阴离子和阳离子)是能渗透的，而同时对大流量液体(bulk flow of liquid)的输送具有高阻力，这被称为平流(advection)。因此，当离子能够渗透或穿过该材料时，材料两侧的液体流不会渗透或穿过材料。因此，离子能渗透材料被配置为能渗透离子，而液体的可渗透性较差。因此，该材料对于离子相较于液体具有高选择性，这意味着离子能够渗透或穿过该材料，而液体则不能渗透该材料。可以通过与平流材料结合来进一步改善材料的平流(即，对液体流的阻力或分离能力)。平流材料的示例包括透析膜和/或水凝胶。因此，有利地，离子能渗透材料与平流材料结合。在本公开的实施例中，分离电极还包括平流材料。

但是，取决于特定实施方式，其他几何形状和配置也是可能的。例如，若干个分离电极可以沿着处理通道排列、间隔开并嵌入在合适的多孔材料中，以允许离子通过所述电极之间的间隔行进到收集器中。

电子控制电路-配置或阶段

在该示例中，装置1包含至少三个电极131-133，这些电极在控制电路134切换极性时经受交变电流和/或交变电压，更具体地经受方波交变电流和/或方波交变电压并由DC电源供电。这允许由例如电池或其他简单的DC电源对去离子供电。然而，电极同样可以以不同的方式被控制，并且例如被供应以正弦波电流和/或正弦波电压或不同的脉冲电流和/或脉冲电压。尽管也可以使用其他控制电路，但是在本示例所示的去离子装置1中，电子控制电路134包括阶段控制电路135，该阶段控制电路控制电场以便以预定顺序循环经历一组预定阶段，并且更具体地，该阶段控制电路包括允许将电极与电源的特定侧连接或断开的开关。

如示例中所示，取决于特定实施方式，可以使用不同的阶段和控制序列。

优选地，电子控制电路适于具有不同的配置或阶段，例如至少四个配置或阶段。

例如，所述阶段可以选自包括以下各项的组：第一稀释阶段，在该第一稀释阶段中，电场朝向收集器14驱动稀释所述液体的、阴离子或阳离子中的第一类型的离子的流；以及第二稀释阶段，在该第二稀释阶段中，电场朝向收集器14驱动稀释所述液体的、与第一离子类型相反的相反类型的离子的流。此外，在所述组中可以存在第一释放阶段，在该第一释放阶段中，在收集器侧电极132处捕获的第一类型的离子被释放到收集器14中，同时抵制(oppose)所捕获的第一类型的离子重新进入处理通道12中。该序列还可以具有第二释放阶段，在该第二释放阶段中，被驱动到收集器侧电极132并在收集器侧电极处被捕获的第二类型的离子被释放到收集器14中，同时抵制所捕获的第二类型的离子重新进入处理通道12中。

图3示出了电极的控制序列和场的阶段的示例。在该序列中，所使用的阶段组包括第一稀释阶段和第二稀释阶段以及第一释放阶段和第二释放阶段。控制电路控制所述场以便按以下顺序循环经历所述阶段：第一稀释阶段、第一释放阶段、第二稀释阶段，第二阶段。下表说明了在循环的不同阶段中施加到电极的电压，其中V-表示负电位，V+表示正电位，S表示将电极设置为相同的电压(例如短路)，而空场表示浮动电位(floating potential)。

电极:	阶段1	阶段2	阶段3	阶段4
					通道131	V-		V+
分离132	V+	V-	V-	S
					收集器133		V+		S

在该示例中，尽管可以使用其他溶剂和电解质，但假定溶剂为水并且电解质为NaCl。实验中的盐度通常约为每升6mM NaCl。在该示例中，控制序列包括一系列脉冲，通过将外部DC电压发生器的正极(+)接线和负极(-)接线连接至系统中的不同电极，这些脉冲被传输到电极131-133。这种连接可以完全以电子方式进行，因此可以是非机械的，并且在任何情况下都具有比已知的去离子装置更少的机械部件。外部电压驱动装置中的离子移动。该电压可以低于水的电解电压阈值，并且例如小于1.23V。在该示例中，在实验期间选择了1.2V的电压。然而，例如，取决于待去离子的溶液，其他电压也可以是合适的。

在该示例中，在第一稀释阶段期间，如图3(I)中所示，相反类型的离子沿与第一类型的离子的流动相反的方向流动。更具体地，将通道电极131设定为V-，将分离电极132设定为V+，而收集器电极133保持浮动(floating，浮置)。通道电极131中的负电荷引起阳离子被吸附在那里，而分离电极的正电荷吸引被吸附在那里的阴离子。换句话说，在通道电极131与分离电极之间产生的电场在处理通道中引起离子类型的相反流动，其中阳离子朝向通道电极流动，而阴离子朝向分离电极流动。阴离子的一部分可以进入收集器，而另一部分保留在分离电极中，并且这两部分都不再位于进料通道中，这导致进料液体的阴离子被稀释。

收集器14包括与处理通道12相距一定距离的收集器吸附材料。在第一释放阶段中，第一类型离子流的至少一部分被吸附材料吸附。在解吸阶段期间，收集器14吸附材料被解吸，并且解吸后的离子通过电解质出口15被排放。在第二稀释阶段期间，相反类型的离子在收集器14处被吸附。在这方面，本文所用的术语“被吸附”通常包括离子与材料的物理结合，这种结合可以是例如由以下各项组成的组中的一种或多种：电吸附、吸附、吸收、离子双层。

在该示例中，在第一释放阶段期间，如图3(II)中所示，将收集器电极133设定为V+，将分离电极132设定为V-，而通道电极保持浮动。分离电极的放电导致所吸附的阴离子的释放，但是这些阴离子不能移回处理通道12中，因为这将使处理通道具有过量的负电荷，这将打破处理通道中的电中和(charge neutrality)。此外，收集器电极133吸引阴离子。因此，阴离子移动到收集器通道140中，所述阴离子的一部分被吸附在收集器电极133中/上。

在图3中，处理通道在与收集器14相对的一侧处包括处理通道吸附材料。在第一稀释阶段中，相反类型的离子被驱动远离收集器14并被处理通道12吸附材料吸附，并且在第二稀释阶段中，相反类型的离子从处理通道吸附材料被解吸。

在该示例中，在第二稀释阶段期间，如图3(III)中所示，将分离电极设定为V-，将通道电极131设定为V+。收集器电极保持浮动。这导致在通道电极131处所吸附的阳离子被释放并且被吸附在分离电极中。因此，其结果是进料通道中的阳离子较少，并且进料液体的阳离子被稀释。如图所示，在该示例中，在第二稀释阶段中，在第一稀释阶段中被驱动至收集器侧电极132或者收集器14中的第一类型的离子保留在那里，并且因此保持进料液体的阴离子被稀释。

在第二释放阶段期间，如图3(IV)中所示，例如通过短路或反转电压而使分离电极和收集器电极都放电。因此，离子从分离电极132和收集器电极133中被释放到收集器通道140中。再次由于电中和，阳离子只能移动到收集器通道140中。离子从处理通道12的初始消耗以及随后在收集器通道中的释放引起离子在通道之间的净输送(net transport，净转运)，进而因此引起进料液体的稀释。

可以将每个阶段的持续时间选择为使得在循环的每个阶段期间流到电极的电荷量(电流随时间的积分)是相等的。为了补偿由于装置内部的损耗而导致的与理想情况的偏差，可以在这方面施加一些补偿。当进料液体流过处理通道时，可以连续地重复脉冲序列。在这方面，进料液体可以例如连续地流动或作为“停流(stop-flow)”。由于在处理通道中的传输时间(propagation time)越长，去除的离子越多，因此可以根据所需的去离子程度将液体的流速设定为适当值。

在循环期间可以调整每个阶段/脉冲的长度，以使电解质的输送最大化。在理想情况下，可以将每个阶段的长度选择为使得在循环的每个阶段期间流过电线的电荷量(电流的积分)是相等的，但是由于装置内部的损耗，这在实践中可能不是最佳策略。一旦确定了理想的脉冲序列，就可以在水流过所述装置时连续地重复该脉冲序列。还可以选择使用所谓的“停流”，这已经过测试，也可以在当前设置下工作。可以根据所需的淡化程度来调节水的流速。最佳脉冲序列和相关联的脉冲长度尚未被确定，并且可能与上述的不同。此外，预期在4个或更多个电极(以及尔后3个或更多个通道)的情况下，不同的脉冲序列将是有利的。

如图5中所示，也可以使用与上述示例不同的脉冲序列。图5示出作为时间的函数的电极电压的发展。下表详述了在每个阶段期间电极如何连接至电压源。在图中，在若干个循环过程中所得到的相对于分离电极132的通道电极131的测量电压(实线)和收集器电极133的测量电压(虚线)被示出为时间的函数。

图5A基于以下序列：

电极	阶段1	阶段2	阶段3
				通道131	V-		V+
分离132	V+	V-	V-
				收集器133	V+	V+

图5B基于以下序列：

电极	阶段1	阶段2	阶段3
				通道131	V-		V+
分离132	V+	V-	V-
				收集器133	V+	V+	V-

图5C基于以下序列：

电极	阶段1	阶段2	阶段3	阶段4
					通道131	V-		V+	V+
分离132	V+	V-	V-	V+
					收集器133	V+	V+		V-

一循环的第一释放阶段可以与下一循环的第一稀释阶段重叠执行。例如，如图5的A和B以及表中所示，可以通过将第二释放阶段的短路与下一循环的第一稀释阶段相结合来加速该过程。例如，在第一稀释阶段中，可以将电极设定为与其他电极相同的电压，而不是在其他电极浮动的情况下短路。

如C中所示，在序列中也可以使用额外的阶段，并且通过在第一稀释阶段和第二释放阶段期间增加额外的电极连接来延长循环，以例如通过在第一稀释阶段中将收集器电极133设定为规定电压而不是使电极浮动，或者通过在第二释放阶段中将通道电极131设定为规定电压而不是使电极浮动，而帮助在每个循环之后进行完全放电。

图4示意性地示出用于执行图6中所示的实验的去离子装置1的示例。然而，应明白的是，许多可选的几何图形和形状是可能的，诸如例如圆形而非矩形。去离子装置1包括夹在顶板与底板16之间的多个图案片的堆叠20，在实验中，其由有机玻璃(Perspex，塑胶玻璃)制成，但是其他材料也可能是合适的。在该示例中，使用螺母18b和螺栓18a形式的紧固件将板16相对于彼此机械地固定，并且朝向彼此挤压以压制所述堆叠。

装置1是对称的，并且在底板16与片状的分离电极132之间具有稀释侧，在分离电极132与顶板16之间具有电解质侧。如图所示，分离电极132设置有电触点130(例如由钛箔或其他合适的导电材料制成)，所述电触点可连接至电源和控制电路。

在板16与分离电极132之间，在堆叠20的顶侧和底侧两者处，存在垫片17a、17b，所述垫片压缩堆叠的其他层并将板16与电极132分离。在该示例中，垫片17a、17b由片状材料形成，并且例如可以由组合的(多层)橡胶和有机玻璃(perspex)制成。在每一侧，外垫片17b限定去离子装置的内部，并且与板16一起以液密的方式将内部相对于外部封闭。分离电极132突出超过外垫片17b的内边缘，使得当安装时，稀释侧以液密的方式相对于电解质侧密封。

内垫片17a由外垫片17包围并且与该外垫片间隔开以限定通道，当在操作中时，进料液体流通过该通道被提供至堆叠。如图所示，内垫片17a设置有狭槽以限定通道，在稀释侧，稀释液体流通过该通道排放到出口11，而在电解质侧，电解质或浓缩液体流在操作中流过该通道。在该示例中，通道12连接至进料入口10以及液体出口11和电解质出口15。

在从板16朝向分离电极132的方向上，所述堆叠包括片状电极131、133，所述片状电极设置有与内垫片17a中的狭槽相对应的狭槽，并且所述片状电极通过间隔件(spacer)22与分离电极132间隔开，所述间隔件在电极之间产生间隙。

已经发现，对于电极131-33，具有至少15％总孔隙率(诸如大约20％总孔隙率)的片状材料带来良好的流动特性。进一步发现，具有纳米和/或中孔孔隙率(meso porosity)的材料产生对离子特别是盐(如NaCl)的良好吸附。在实验期间，电极131-133由厚度为0.2mm的纳米泡沫碳纸制成。这具有非常高的内表面积、低电阻和高相对电容。然而，也可以使用其他电极材料。

间隔件22的材料例如可以是允许液体在电极131与电极132以及电极132与电极133之间流动的聚酯垫(polyester mat)层或其他材料层。因此，在分离电极132的两侧，通过间隔件形成液体流动通道。与分离电极132类似，电极131、133设置有例如由钛箔或其他合适的导电材料制成的电触点130，其可连接至电源19和控制电路130。

在该示例中，在操作中，进料液体(例如盐水)通过顶板及底板16中形成的进料入口10的孔被接收且进入垫片17a与垫片17b之间的通道。进料液体将流过通道而到达分离电极，然后由分离电极和其他电极迫使流过间隔件21。然后，进料液体流向顶部和底部电极131、133中的孔或狭槽。该孔使得液体能够被收集并通过用于浓缩流的电解质出口15和用于稀释液体流的液体出口11从装置被输送出去。当进料液体位于电极之间的间隔件22中时，发生稀释侧与电解质侧之间的离子输送。

可以通过实验来确定合适的脉冲持续时间，并且根据电解质、处理通道中的停留时间、处理通道的尺寸以及电极的渗透性来设定合适的脉冲持续时间。尽管取决于特定实施方式，但还是认为合适的时间是每阶段若干分钟。例如，在图4的示例中，对于0.2mm的分离电极厚度和约10^-9m²/s的离子自扩散系数，使用每阶段约一分钟的特征时间尺度。

在实验过程中已经观察到，与小的间隙(0.1mm)相比，相对较厚的间隔件(1.0mm)在输出通道之间产生更高的盐度差。在不希望受理论约束的情况下，这被认为是由于当相同的总流率保持不变时，间隔件通道中的水的流速较低引起的。因此相对较宽诸如直径至少为0.5mm(例如1mm或更大)的处理通道可以提高装置1的有效性。显然，进料液体可以保留在处理通道中用于多个淡化循环，并且可以调节流率，以达到稀释液体中所需的电解质浓度。这允许在不限制最大淡化能力的情况下使用更宽的流动通道，同时也对液体产生更小的阻力，并且因此允许减少能量消耗。

可以选择向处理通道和收集器供给相同的液体，但是输入流也可以在成分上彼此不同。收集器通道140可以例如在浓缩液流动方向上在上游侧处连接至用于提供与所述进料液体2不同的液体的单独入口21。这允许将电解质从第一类型的溶剂转移到另一类型的溶剂。例如，这可以用于将盐从处理通道中的食品(例如乳清或酱油)转移到收集器通道140中的水。替代地或附加地，收集器通道140可以在其上游侧处连接至进料入口10，并因此接收进料液体。

在图6的去离子装置1中，收集器14包括第一收集器通道140和第二收集器通道141。第一收集器通道140在处理通道12的第一侧处与处理通道12并排延伸，而第二收集器通道141在处理通道12的第二侧处与处理通道12并排延伸，该第二侧与该第一侧相对。这允许在单个稀释阶段中去除第一类型的离子和第二类型的离子两者，并且相应地增加了稀释速度以及相应地增加了循环时间。

所示出的示例包括多于三个的电极，每个收集器通道具有与处理通道的电极131、132面对的其自身的电极133、134。因此，电极134对应于第二分离电极。此设置可用于应用下面例示的脉冲序列：

电极	阶段1	阶段2	阶段3	阶段4
					第二收集器134		V+		S
通道131	V-	V-	V-	S
					分离132	V+	V2+	V+	S
第一收集器133		V2-		S

需要注意的是，V2+和V2-对应于可以由第二电源产生的第二电压差。“S”表示(relate to，涉及)短路。

因此，在第一稀释阶段中，阴离子朝向第一收集器通道被稀释，而阳离子朝向第二收集器通道被稀释。在第二稀释阶段中，阴离子朝向第二收集器通道被稀释，而阳离子朝向第一收集器通道被稀释。类似地，在第一释放阶段中，吸附在电极132处的阴离子被释放并被吸引到第一收集器通道中，而吸附在电极131处的阳离子则被释放并被吸引到第二收集器通道中。

在图7的去离子装置1中，收集器14在处理通道12的第一侧处包括与处理通道12并排延伸的多个收集器通道140-142。连续的收集器通道124-142可以在离子流方向上通过离子能渗透的分离物(separation)而彼此分离，在该示例中，所述分离物由能渗透电极133-134-135形成。因此，电极134和135对应于第二分离电极。在操作中，在离子流方向上，电解质离子的浓度在收集器通道140与收集器通道142之间不同。

在图7的去离子装置1中，场发生器13被布置成产生场，所述场在操作中驱动选定类型的离子以根据预定浓度分布而在收集器通道140-142上分布。例如，可以获得输出流之间的离子浓度差。以这种方式，通过多个相邻通道之间的较小梯度可以获得一较大梯度。尽管在所示的示例中，所有的收集器通道均连接至相应的出口6、6′和入口，但并非所有通道都需要具有出口，并且例如一些通道可以完全关闭，仅仅是为了产生期望的梯度。

如图8所示，在所述电极中，位于处理通道12的与收集器14相对的一侧的电极131通过离子交换膜122至少部分地与处理通道12隔离(shield)。由于脉冲序列可以被选择为使得该通道侧电极132和电极131仅采用一种极性，这允许增加它们的吸附能力。在施加正电压时，阴离子交换膜阻止电极将(残留的)正离子(positive)排出到通道中。后者导致更多的负离子吸收。在阳离子交换膜的情况下，对于正离子也是如此。

在图9的去离子装置1中，选定类型的离子被驱动到收集器通道140-142中的选定通道中的浓缩液中。通过利用对电极的不同离子种类的亲和力(affinity，吸引力)的差异来分离具有不同电荷的离子种类(即，提取有价值的金属)。在该实例中，存在不同的阴离子种类，其中更易受影响的(susceptible)一种离子可以被输送，如图9中箭头的长度所示。例如，离子可能具有电荷或自扩散上的差异。结果是收集器的输出流具有相对较高比例的阴离子种类，而处理通道产生了较高比例的第二阴离子种类。这种机构对于不同阳离子的混合物是相同的。因此，该装置可用于从溶液中分离出不同类型的电解质。

去离子装置1可以用在处理进料液体2的设备中。例如，去离子(即，从溶解有电解质的液体中分离出电解质)可以广泛地应用于水性或非水性液体中，诸如：海水淡化、水软化、从饮用水中去除有毒物质、从水溶液中选择性提取关键金属和有价元素(valuableelements)(例如Li)、或在化学或药物加工过程中在水性或非水性(例如有机)溶剂中使用电解质来分离化合物，仅举几例。

例如，去离子装置1可以通过进料入口10连接至位于去离子装置1的处理流方向上游的处理设备，所述处理设备执行产生进料液体2的处理，并将进料液体2输出至去离子装置1。另外或替代地，去离子装置1可以通过液体出口11和/或电解质出口15连接至位于去离子装置1的处理流方向下游的处理设备，所述处理设备对排放的物质执行处理。例如，去离子装置1可以是化工设施或制药设施的一部分，并用于化学或药物制造工艺流程中，或者可以是净化液体或电解质的净化设施的一部分，仅举几例。

本淡化设备可以用于盐水(诸如海水)。所示的淡化设备包括去离子装置1(诸如所述示例中的一个)。去离子装置1的进料入口10连接至盐水源。在该示例中，进料入口10连接至过滤设备，该过滤设备在水处理方向上位于设备的进水口的下游。过滤设备和稀释出口连接至净化设备。

本设备可以用作净化设备，用于净化被有毒或放射性电解质污染的液体。例如，该设备可以从核电厂的水中去除放射性离子或从自来水中去除有毒化学物质。所示的净化设备包括去离子装置1(诸如所述示例中的一个)。

本装置可以用作从液体中回收金属的电解回收设备。所示的电解回收设备包括去离子装置1(诸如所述示例中的一个)。

图6-图9示出将其中溶解有电解质的进料液体2至少部分地去离子的方法。可以使用如上所述的去离子装置1或以其他方式执行这种方法。如图所示，该方法包括在进料入口10处接收进料液体2。进料液体2可以行进通过在进料液体2的液体流动方向的上游侧处连接至进料入口10的处理通道12。在处理通道12中，进料液体2被稀释，即，从其中去除选定的溶解的电解质的阴离子和阳离子，以降低一种或多种选定的电解质在液体中的浓度。所得到的稀释液体可以在与处理通道12连接的稀释出口处被排放。

在该示例中，为了去除阴离子和阳离子，可以在处理通道12中产生电场和/或磁场，以获得具有比进料液体2更低的电解质离子浓度的稀释液体。如所示，所述场沿与液体流动方向不同且对于阴离子和阳离子两者相同的离子流方向驱动电解质的阴离子和阳离子。

由场驱动的阴离子和阳离子可以在离子流方向上位于处理通道12下游的收集器14处被收集。所收集的阴离子和阳离子可以在与收集器14连接的电解质出口15处与稀释液体分开排放。

在电解质出口15处排放的离子和其他物质可以在该出口的下游被进一步处理，例如以获得所需纯度的分离的电解质，或者用电解质执行化学处理，以及例如被供应到加工厂的其他设备。

在液体出口11处排放的稀释液体可在该出口的下游被进一步处理，例如以获得所需纯度的液体，或者用该液体执行化学处理，以及例如被供应到加工厂的其他设备)。例如，所述液体可以是水，并且可以被进一步处理到适合人类或动物饮用的纯度、处理到药学上可接受的水平，或者处理到仅具有十亿分率(ppb)或兆分率(ppt)范围内的微量污染物的纯度，仅举几个示例。

在前述的说明书中，已经参考本发明的实施例的具体示例描述了本发明。然而，显然在不脱离所附权利要求中陈述的本发明的更广泛范围的情况下，可以在其中进行各种修改和改变。

例如，尽管在所示的示例中，场在液体流动方向上是相同的，但是也可以沿着处理通道放置单独控制的电极组的布置。这允许控制由单独的电极产生的场，并且因此具有沿液体流动方向变化的场，例如，在相同的时间点，所述场在液体流动方向上的不同位置处的阶段可以不同。这使得设备能够(半)连续操作。例如，在处理通道中，场可以沿液体流动方向以与所选循环相同的顺序改变阶段，并且在给定的时间点，所有的阶段都可以存在于通道中。这使得能够以连续的方式在通道的长度上将期望的电解质去除到设定程度。例如，每一组可以循环经历整个阶段组，但是例如，每一组可以在流动方向上相对于下一组移动一个阶段。例如，当最上游的组处于阶段n中时，第二最上游的组可能处于循环的阶段n±1中，第三最上游的组处于阶段(n±1)±1中，等等，其中n为正的自然数。

此外，在某些阶段(例如在短路阶段)期间释放的所存储的电容能量(capacitiveenergy)可以被收集并在其他阶段中使用，或者可以在同时操作但阶段移动的第二去离子装置中使用。

此外，尽管在所描述的实验中，水被淡化，但是所述液体可以是另一种液体。例如，所述液体可以是选自以下组中的一种：水、水溶剂、非水溶剂。而且，电解质不限于盐，且可以包含选自由以下各项组成的组中的化合物：酸、盐、碱。电解质可以是选自由以下各项组成的组中的化合物：氯化物盐、次氯酸盐、放射性电解质、金属盐。阴离子和阳离子例如可以选自由以下各项组成的组：Na、K、Ca、Cs、F、Cl、Br、I、CIO。阴离子和阳离子也可以是小的、带电荷的杂质，诸如纳米颗粒、量子点、胶体粒子、有机分子、矿物质、生物分子、小分子蛋白质、DNA、微生物、细胞和病毒。

同样，例如，显然脉冲序列和相关的脉冲长度可以与上述示例不同。

此外，溶解在进料液体中的电解质的浓度可以是任何合适的浓度。例如，进料液体可以是盐度大于0.05％(诸如大于3％，例如>5％)的水。盐度可以低于5％，诸如低于3％。

图11示出实验结果。其中执行诸如表1中所示的淡化循环。在大约3小时时开始循环，并持续到大约11小时(横轴)。从图中清楚的是，作为所溶解离子的量的量度的电导率从约650μS/cm迅速下降到约570μS/cm，因此从溶液中去除了离子。同时，所述浓缩流的电导率从约650μS/cm迅速增加到约770μS/cm，因此离子被浓缩在所述浓缩流中。

然而，其他修改、变化和替换也是可能的。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。

在权利要求中，放在括号中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”并不排除除了权利要求中列出的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。此外，本文所使用的术语“一”或“一个”被定义为一个或多于一个。

此外，说明书和权利要求书中的术语“前”、“后”、“顶”、“底”、“上方”，“下方”等(如果有的话)是用于描述性的目的，而不一定用于描述永久的相对位置。应当理解的是，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，使得本文所述的本发明的实施方式例如能够以与本文所示或以其他方式描述的那些不同的其他取向进行操作。

此外，权利要求中诸如“至少一个”和“一个或多个”之类的介绍性短语的使用可能并不解释为暗示由不定冠词“一”或“一个”引入的另一权利要求元素将包含这种引入的权利要求元素的任何特定权利要求限制为只包含一个所述元素的发明，即使同一权利要求既包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”又包括不定冠词(诸如“一”或“一个”)。定冠词的使用也是如此。除非另有说明，否则诸如“第一”和“第二”的术语用于任意区分这些术语所描述的元素。因此，这些术语不一定旨在指示此类元素的时间方面或其他优先次序。在相互不同的权利要求中记载某些措施这一事实本身并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

附图标记和符号的列表:

1-去离子装置

2-进料液体

3、4-电解质的离子

5-稀释液体

6-浓缩液体

10-进料入口

11-液体出口

12-处理通道

13-场发生器

14-收集器

15-电解质出口

16-板

17a、17b-垫片

18a、18b-紧固件

19-电源

20-堆叠

21-单独入口

22-间隔件

120-上游侧

121-下游侧

122-离子交换膜

130-电触点

131-处理通道电极

132-分离电极

133-收集器电极

134-电子控制电路或第二分离电极

135-阶段控制电路或第二分离电极

140-第一收集器通道

141-第二收集器通道

142–附加的收集器通道

200-电解质提取设备

300-淡化设备

400-净化设备

-电磁场

L-液体流动方向

I-离子流方向

项目

可以参考以下项目更详细地描述本公开的内容。

1.一种去离子装置，用于将溶解有至少一种电解质的进料液体至少部分地去离子，所述装置包括：

进料入口，用于接收所述进料液体；

稀释出口，用于排放具有比所述进料液体低的电解质离子浓度的稀释液体；以及

处理通道，所述处理通道在所述进料液体的液体流动方向上的上游侧处连接至所述进料入口，并且在下游侧处连接至所述稀释出口；

场发生器，用于在所述处理通道中产生电场和/或磁场，所述电场和/或磁场沿离子流方向驱动所述电解质的阴离子和阳离子，所述离子流方向与所述液体流动方向不同且对于阴离子和阳离子两者相同；

收集器，用于收集由所述场驱动的阴离子和阳离子，所述收集器在所述离子流方向上位于所述处理通道的下游；以及

电解质出口，连接至所述收集器，用于与所述稀释液体分离地排放所收集的阴离子和阳离子。

2.根据实施例1所述的装置，其中所述场为电场，并且所述场发生器包括：

电触点，能连接至电源；

位于所述处理通道的相对侧处的面向彼此的电极，用于在其间产生电场，所述电极连接至所述电触点，以用于接收来自所述电源的电力；

电子控制电路，用于控制所述电场，所述控制电路连接至所述电触点和所述电极，用于控制调节所述电场的电极的参数。

3.根据前述实施例所述的装置，其中所述电极中的位于所述处理通道的与所述收集器相对的一侧处的电极通过离子交换膜至少部分地与所述处理通道隔离。

4.根据前述实施例所述的装置，其中在所述处理通道的至少一侧处，所述电极是多孔的。

5.根据实施例2或4所述的装置，其中所述电子控制电路包括：

阶段控制电路，所述阶段控制电路控制所述电场以预定次序循环经历一组预定阶段，所述阶段选自包括以下各项的组：

第一稀释阶段，在所述第一稀释阶段中，所述电场朝向所述收集器驱动阴离子或阳离子中的第一类型的离子的流，其稀释液体；

第二稀释阶段，在所述第二稀释阶段中，所述电场朝向所述收集器驱动与第一离子类型相反的相反类型的离子的流，其稀释液体。

6.根据实施例5所述的装置，其中所述组包括：

第一释放阶段，用于将在收集器侧电极处所捕获的第一类型的离子释放到所述收集器中，同时抵制所捕获的第一类型的离子重新进入所述处理通道中；以及

第二阶段，用于将被驱动到收集器侧电极且在收集器侧电极处被捕获的第二类型的离子释放到所述收集器中，同时抵制所捕获的第二类型的离子重新进入所述处理通道中。

7.根据实施例5或6所述的装置，其中在所述第二稀释阶段中，在所述第一稀释阶段中被驱动来的第一类型的离子保留在所述收集器侧电极处或所述收集器处。

8.根据实施例5至7中任一项所述的装置，其中在所述第一稀释阶段中，相反类型的离子在与第一类型的离子的流动相反的方向上流动。

9.根据实施例5至8中任一项所述的装置，其中所述组由第一阶段、第二阶段、第三阶段和第二阶段组成，并且所述控制电路控制所述场以按如下顺序循环经历所述阶段：第一稀释阶段、第一释放阶段、第二稀释阶段、第二阶段。

10.根据实施例9所述的装置，其中一循环的第一释放阶段与下一循环的第一稀释阶段重叠执行。

11.根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述收集器包括与所述处理通道相隔一定距离的收集器吸附材料，并且其中在所述第一释放阶段中，所述第一类型的离子的流的至少一部分由所述吸附材料吸附。

12.根据实施例11中所述的装置，其中在解吸阶段期间，所述收集器吸附材料被解吸，并且解吸后的离子通过所述电解质出口被排放。

13.根据实施例11至12中任一项所述的装置，其中在第二稀释阶段期间，相反类型的离子在所述收集器处被吸附。

14.根据实施例11至13中任一项所述的装置，其中：

所述处理通道在与所述收集器相反的一侧处包括处理通道吸附材料；

在第一稀释阶段中，所述相反类型的离子被驱动远离所述收集器并被所述处理通道吸附材料吸附；并且

在所述第二稀释阶段中，所述相反类型的离子从所述处理通道吸附材料中解吸。

15.根据前述实施例中任一项所述的装置，包括：

位于所述处理通道与所述收集器之间的分离物，所述分离物对于阴离子和阳离子比对于液体具有更高的渗透性，并且允许阴离子和阳离子从所述分离物的处理通道侧行进到所述分离物的收集器侧。

16.根据实施例15所述的装置，其中：

所述收集器包括收集器通道，所述收集器通道在浓缩液流动方向上的下游侧处连接至所述电解质出口；并且

所述分离物将所述收集器通道与所述处理通道分离。

17.根据实施例16所述的装置，其中所述收集器通道在所述浓缩液流动方向上的上游侧处连接至单独入口，该单独入口用于提供与所述进料液体不同的液体。

18.根据实施例16所述的装置，其中所述收集器通道在上游侧处连接至所述进料入口。

19.根据实施例16至18中任一项所述的装置，其中所述收集器包括：

第一收集器通道，在所述处理通道的第一侧处与所述处理通道并排延伸；以及

第二收集器通道，在所述处理通道的第二侧处与所述处理通道并排延伸。

20.根据实施例16至19中任一项所述的装置，其中所述收集器在所述处理通道的第一侧处包括与所述处理通道并排延伸的多个收集器通道，所述多个收集器通道通过离子能渗透的分离物而在所述离子流方向上彼此分离。

21.根据实施例20所述的装置，其中在操作中，电解质离子的浓度在离子流方向上在所述收集器通道之间不同。

22.根据实施例21所述的装置，其中所述场发生器被布置成产生场，所述场在操作中驱动选定类型的离子，以按照预定浓度分布而在所述收集器通道上分布。

23.根据实施例22，其中选定类型的离子被驱动以在所述收集器通道中的选定通道中浓缩。

24.根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述场发生器包括：

第一组电极，用于在所述处理通道中产生所述电场；以及

第二组电极，用于在所述收集器中产生电场，所述电场沿远离所述处理通道的方向驱动阴离子和/或阳离子。

25.根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述场随时间改变由以下各项组成的组中的至少一项：极性、强度、方向。

26.根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述分离物包括电极。

27.根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述液体是选自以下组中的一种：水、水溶剂、非水溶剂。

28.根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述电解质包括选自由以下各项组成的组的化合物：酸、盐、碱。

29.根据实施例28所述的装置，其中所述电解质包括选自由以下各项组成的组的化合物：氯化物盐、次氯酸盐、放射性电解质、金属盐。

30.根据实施例29所述的装置，其中阴离子和阳离子包括选自由以下各项组成的组：Na、K、Ca、Cs、F、Cl、Br、I、CIO。

31.一种设备，包括根据前述实施例中任一项所述的装置。

32.根据实施例31所述的设备，其中所述设备是电解质提取设备，用于从液体中单独分离不同类型的电解质。

33.根据实施例31所述的设备，其中所述设备是用于海水的淡化设备，包括根据实施例1至30中任一项所述的装置。

34.根据实施例31所述的设备，其中所述设备是用于净化被有毒或放射性电解质污染的液体的净化设备，包括根据实施例1至30中任一项所述的装置。

35.根据实施例31所述的设备，其中所述设备是用于从液体中回收金属的电解回收设备，包括根据实施例1至30中任一项所述的装置。

36.一种将溶解有电解质的进料液体至少部分地去离子的方法，包括：

在进料入口处接收进料液体；以及

使所述进料液体行进通过处理通道，所述处理通道在所述进料液体的液体流动方向上的上游侧处连接至所述进料入口；

在所述处理通道中产生电场和/或磁场，以获得具有比所述进料液体更低的电解质的离子浓度的稀释液体，所述场沿离子流方向驱动所述电解质的阴离子和阳离子，所述离子流方向与所述液体流动方向不同且对于阴离子和阳离子两者相同；

在沿离子流方向上位于所述处理通道的下游的收集器处收集由所述场驱动的阴离子和阳离子；

在连接至所述处理通道的稀释出口处排放稀释液体；以及

在连接至所述收集器的电解质出口处，与所述稀释液体分离地排放所收集的阴离子和阳离子。

37.根据实施例36所述的方法，包括进一步处理在电解质出口处排放的离子，例如以获得所需纯度的分离的电解质。

38.根据实施例36或37所述的方法，包括进一步处理经处理后的液体，例如以获得其期望的纯度。

39.根据实施例38所述的方法，其中经处理后的液体是水，并且所需的程度是饮用水的程度。

40.根据实施例36至39中任一项所述的方法，所述方法使用根据实施例1至30中任一项所述的装置来执行。

参考文献

[1]US 201670130161

[2]WO 2006/039873

[3]US 2014/0374258。

Claims (22)

1.一种用于将溶解有至少一种电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子装置，所述装置包括：

-至少一个处理通道(12)，具有被配置成用于接收所述进料液体的进料入口和被配置成用于排放去离子后的进料液体的进料出口，使得所述处理通道包括进料液体流(L)；

-一个或多个收集器通道(14、140、141、142)，被配置成用于收集从所述进料液体中分离出的阴离子和阳离子；

-电解质出口(15)，被配置成用于排放所收集的阴离子和阳离子；

-至少一个通道电极(131)、至少一个分离电极(132)和至少一个收集器电极(133)；

其中所述通道电极和所述分离电极被放置在所述处理通道的相对侧处，并且其中所述分离电极和所述收集器电极被放置在所述收集器通道的相对侧处；

-场发生器(13)，用于在所述通道电极与所述分离电极之间以及在所述分离电极与所述收集器电极之间产生电场和/或磁场；

其中，所述场适用于产生从所述处理通道到所述收集器通道的离子流(I)，并且其中离子流方向对于阴离子和阳离子是相同的。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极(131、132、133)是多孔的，具有大的内表面面积，使得所述电极被配置成用于离子吸收或离子保留。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电极是微孔的、和/或中孔的、和/或纳米孔的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电极包括纳米泡沫碳纸和/或石墨烯。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电极具有至少15％、诸如大约20％的总孔隙率。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电极包括开孔孔隙率，由此所述电极是能渗透的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述分离电极(132)包括离子能渗透材料，并且选择性地进一步包括平流材料。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述分离电极将所述处理通道与所述收集器通道分离。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述一个或多个收集器通道与所述处理通道并排延伸。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括与所述处理通道并排延伸的两个或更多个收集器通道。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述两个或更多个收集器通道由一个或多个第二分离电极(134、135)分离。

12.根据权利要求10至11中任一项所述的装置，其中所述收集器通道中的每个均被配置成用于收集预定类型的离子和/或离子浓度。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述收集器通道包括第二液体流，其中第二液体与所述进料液体不同。

14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述进料液体或所述第二液体选自由以下各项组成的组：水、淡水、卤水、海水、水溶剂、非水溶剂。

15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述进料液体的电解质包括选自由以下各项组成的组的化合物：酸、盐、碱、氯化物盐、次氯酸盐、放射性电解质、金属盐。

16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中阴离子和阳离子选自由以下各项组成的组：Na、K、Ca、Cs、F、Cl、Br、I、CIO。

17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述去离子后的进料液体是饮用水。

18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述场发生器(13)是电场发生器，包括电源以及电子控制电路，所述电子控制电路被配置成用于调节所述通道电极与所述分离电极之间以及所述分离电极与所述收集器电极之间的电场。

19.根据权利要求17所述的装置，其中所述电子控制电路被适配成具有四种配置或阶段：

-第一稀释阶段，其中所述电场被适配成从所述处理通道朝向在所述分离电极处吸附来驱动第一电荷的离子；

-第二稀释阶段，其中所述电场被适配成从所述处理通道朝向在所述分离电极处吸附来驱动相反电荷的离子；

-第一释放阶段，其中所述电场被适配成朝向所述收集器通道释放吸附在所述分离电极处的所述第一电荷的离子，以及

-第二释放阶段，其中所述电场被适配成朝向所述收集器通道释放吸附在所述分离电极处的所述相反电荷的离子。

20.根据权利要求18所述的装置，其中所述电子控制电路被适配成按以下顺序而顺序地循环经历以下阶段：第一稀释阶段、第一释放阶段、第二稀释阶段、第二释放阶段，并且其中选择性地将所述循环重复多次。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的装置的用途，所述装置作为用于从液体中分离不同类型的电解质的电解质提取设备、或者作为用于海水的淡化设备、或者作为用于净化被有毒或放射性电解质污染的液体的净化设备、或者作为用于从液体中回收金属的电解回收设备。

22.一种用于将溶解有电解质的进料液体部分地去离子的方法，包括以下步骤：

-提供根据权利要求1至20中任一项所述的装置；

-在所述进料入口处接收所述进料液体；

-使所述进料液体行进通过所述处理通道；

-在所述处理通道中产生电场和/或磁场，由此沿离子流方向驱动所述电解质的阴离子和阳离子，所述离子流方向与所述进料液体流动方向不同，对于阴离子和阳离子两者相同；

-在所述收集器通道处收集阴离子和阳离子；

-在所述进料出口处排放去离子后的进料液体；以及

-在所述电解质出口处排放所收集的阴离子和阳离子。

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