CN112707480A - 基于电磁作用的电解液分离设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于电磁作用的电解液分离设备。其中所述装置，包括：进水口，用于接收待分离的电解液；容纳腔，和所述进水口连通，容纳所述待分离的电解液；电极组，分别设置于所述容纳腔相对的两个垂直于水平面的内部侧面，正常工作时所述电极组浸入溶液中；螺线管，环绕于所述容纳腔，正常工作时所述螺线管产生的磁场方向与所述电极组产生的电流方向相匹配，使阴阳离子受力向下；双层出水口，设置于容纳腔设置所述进水口一侧的相对侧，并与所述容纳腔相连通，用于排出分离的电解液。通过收集所述分离的电解液，完成对电解液的分离。
Description
技术领域
本申请涉及电解液分离技术领域，尤其涉及一种基于电磁作用的电解液分离设备。
背景技术
现在电解液分离或海水淡化的方法主要有蒸馏法、海水冻结法、电渗析法、反渗透法、离子交换法，以及近年正在发展起来的电容吸附法。目前蒸馏法、电渗析法和反渗透法是市场中的主流。
蒸馏法是最先利用的电解液分离或海水淡化技术，由于海水中的盐度、硬度、总固溶物及其他杂质的含量均较高，导致在电解液分离或海水淡化的换热面上易结垢，海水中的Ca2+、HCO-等离子在加热条件下形成CaCO3等无机垢。结垢降低了热传导系数、堵塞管路、增加了腐蚀的几率，基本处于被淘汰的边缘。
电渗析法是利用离子交换膜进行电解液分离或海水淡化的方法，主要应用的是一种电化学方法。离子交换膜是一种功能性膜，分为阴离子交换膜和阳离子交换膜(简称阴膜和阳膜)。阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过，这就是离子交换膜的选择透过性。在外加电场的作用下，水溶液中的阴阳离子会分别向阳极和阴极移动，如果中间再加上一种交换膜，就可能达到分离浓缩的目的。
反渗透法又称超过滤法。该法采用一种反渗透膜，只允许溶剂透过、不允许溶质透过，从而将海水与淡水分隔开的。如果对海水一侧施加大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。
在研究现有技术的过程中，发明人发现：
电渗析法需要一种特制的离子交换膜，淡化分离速度较慢，对由阳膜和阴膜交替排列的工艺要求也较高，在工程造价和运行成本方面不具备领先优势。反渗透法需要特殊的反渗透膜，对海水的反渗透的操作压力有特殊要求，反渗透系统的回收率不高，系统的抗污染能力不强。
因此发明其它简便易操作的电解液分离或海水淡化技术有着重要的意义。由于电解液分离或海水淡化可以在制取饮用水和工业用水的同时，提取食盐和其它化工原料，所以电解液分离或海水淡化前景十分诱人。
发明内容
本申请实施例提供一种基于电磁作用的电解液分离技术方案，用以解决现有技术中电解液或海水分离成本高及操作复杂不便的问题。
本申请提供的一种基于电磁作用的电解液分离设备，包括：
进水口，用于接收待分离的电解液；
容纳腔，和所述进水口连通，容纳所述待分离的电解液；
电极组，分别设置于所述容纳腔相对的两个垂直于水平面的内部侧面，
正常工作时所述电极组浸入溶液中；
螺线管，环绕于所述容纳腔，环绕于所述容纳腔，正常工作时所述螺线管产生的磁场方向与所述电极组产生的电流方向相匹配，使阴阳离子受力向下；
双层出水口，设置于容纳腔设置所述进水口一侧的相对侧，并与所述容纳腔相连通，用于排出分离的电解液。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述电极组垂直水平面设置于所述容纳腔。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述容纳腔是采用绝缘材料制成的方形容纳腔。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述容纳腔包括预处理器，所述预处理器设置于所述容纳腔顶部，正常工作时所述预处理器对所述容纳腔内电解液进行微波照射或者远红外线照射中至少一种。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述螺线管和所述电极组在容纳腔水流方向的中心位置重合。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述螺线管和所述电极组在容纳腔水流方向的长度相等。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述电极组包括两个电极；
所述两个电极之间的距离与所述容纳腔的内侧宽度大致相等，高度高于溶液的深度。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述双层出水口包括淡水出水口和浓缩电解液出水口；
所述浓缩电解液出水口设置于所述淡水出水口下侧。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述淡水出水口和浓缩电解液出水口之间设置格挡；
所述格挡的位置可以上下调整。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述电极组和螺线管接入普通电源。
本申请提供的实施例，至少具有以下技术效果：
基于电磁作用的电解液分离设备，简便易操作，具有很好的电解液分离效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的基于电磁作用的电解液分离设备的示意图；
图2为本申请实施例提供的基于电磁作用的电解液分离设备的一种例子的进水口方向结构示意图。
11 容纳腔腔体
12 电极组电极
13 螺线管导线
14 预处理器
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参照图1，为本申请实施例提供的基于电磁作用的电解液分离设备10，包括：进水口101，用于接收待分离的电解液；
容纳腔102，和所述进水口101连通，容纳所述待分离的电解液；
电极组103，分别设置于所述容纳腔102相对的两个垂直于水平面的内部侧面，正常工作时所述电极组103浸入溶液中；
螺线管104，环绕于所述容纳腔102，正常工作时所述螺线管104产生的磁场方向与所述电极组103产生的电流方向相匹配，使阴阳离子受力向下；
双层出水口105，设置于容纳腔102设置所述进水口101一侧的相对侧，并与所述容纳腔102相连通，用于排出分离的电解液。
电解液分离设备10可以用于多种场景，例如在海上航行的轮船可以使用电解液分离设备10进行电解液分离，从而达到海水淡化的目的，得到急需的淡水资源。在缺乏淡水的海岛上，也可以使用电解液分离设备10进行电解液分离，获取淡水资源。还可以在一些其他的需要将海水转化为淡水的场景使用。也可以在一些需要将离子溶液分离出淡水的场景中使用。所述电解液分离设备10主要通过磁场和电场对运动中离子的洛伦兹力作用，使离子向底部偏转，从而达到电解液分离目的。
电极组103也可以叫电极，电极是电子或电器装置、设备中的一种部件，用做导电介质(固体、气体、真空或电解质溶液)中输入或导出电流的两个端。输入电流的一极叫阳极或正极，放出电流的一极叫阴极或负极。电极有各种类型，如阴极、阳极、焊接电极、电炉电极等。在电池中电极一般指与电解质溶液发生氧化还原反应的位置。电极有正负之分，一般正极为阴极，获得电子，发生还原反应，负极则为阳极，失去电子发生氧化反应。电极可以是金属或非金属，只要能够与电解质溶液交换电子，即成为电极。螺线管是个三维线圈。在物理学里，术语螺线管指的是多重卷绕的导线，卷绕内部可以是空心的，或者有一个金属芯。当有电流通过导线时，螺线管内部会产生均匀磁场。螺线管是很重要的元件。很多物理实验的正确操作需要有均匀磁场。
螺线管104的一种具体绕法可以参考图2，如图所示螺线管导线13从进水口右侧先向上绕，然后沿着容纳腔腔体11一直旋绕。最终，电极组电极12和预处理器14都在螺线管导线13的围绕下。螺线管104的另一种具体绕法可以是图2中螺线管导线13从进水口右侧先向下绕，然后沿着容纳腔腔体11一直旋绕。螺线管104的绕法会直接影响正常工作时螺线管104产生的磁场的方向。
具体的，进水口101用于接收待分离的电解液。进水口101接收的待分离电解液可以是直接海洋中的海水，也可以是成分和海水类似的包含离子的溶液，包括氯化钠溶液、硫酸铜溶液。电解液分离设备10正常工作时，保持出水口和外界绝缘，尽量降低外界环境对电解液分离工作的影响。容纳腔102和所述进水口101连通，容纳所述待分离的电解液。电解液分离设备10正常工作时，应该保持容纳腔102中的待分离电解液流动。在正常工作时，所述电极组103通过和电源相接，在浸入的溶液中产生电流，所述螺线管104和电源相接，产生磁场，所述螺线管104产生的磁场方向和所述电极组103产生的电场方向相匹配，从而对待分离电解液中的离子有一个向下方向的洛伦兹力。流动的待分离电解液在所述电场和磁场的作用下，内部离子向所述容纳腔102底部偏转。从而在所述双层出水口105位置得到分离的淡水和浓缩的电解液，这样就通过电解液分离设备10完成了对电解液的分离。
具体的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述电极组103垂直水平面设置于所述容纳腔102。
可以理解的是，在正常工作时，所述电极组103垂直于水平面设置，此时所述电极组103和水平面之间存在90度夹角。所述电极组103包括两个垂直于水平面的相对的正极和负极，正负极之间可以在容纳腔102中产生一个垂直于水流方向的电流。此时的电流分布均匀，垂直于水流方向并平行于水平面。
需要重点指出的是，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述容纳腔102是采用绝缘材料制成的方形容纳腔。所述方形容纳腔可以参考图2中容纳腔腔体11的形状。
显而易见的是，所述容纳腔102采用的绝缘材料可以是比较常见的绝缘材料，例如氯乙烯、聚乙烯等绝缘材料。考虑到推广成本及材料获取成本，这里的绝缘材料可以采用一些比较常用的绝缘材料。
具体的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述容纳腔包括预处理器，所述预处理器设置于所述容纳腔顶部，正常工作时所述预处理器对所述容纳腔内电解液进行微波照射或者远红外线照射中至少一种。
可以理解的是，正常工作时所述预处理器对所述容纳腔内电解液进行微波照射或者远红外照射时，可以减小水分子或氢键的亲和力，有助于分离水分子络合物或者分离靠氢键结合成的离子团。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述螺线管104和所述电极组103在容纳腔102水流方向的中心位置重合。
显而易见的是，所述螺线管104和所述电极组103在容纳腔102水流方向的中心位置重合。在正常工作时，这种中心位置重合设置可以使所述螺线管104产生的磁场和所述电极组103产生的电流最大程度的交叠在一起。这样的设置可以使磁场和电场对离子产生垂直水平面向下方向的作用力。这种垂直水平面向下的作用力由于没有其他方向的分力，能够使离子只受向下驱动的力，充分利用外力向下偏转。因此，所述螺线管104和所述电极组103在容纳腔102水流方向的中心位置重合，能够有效提高电解液分离的效率。
具体的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述螺线管104和所述电极组103在容纳腔102水流方向的长度相等。
所述螺线管104和所述电极组103在容纳腔102水流方向的长度相等。在正常工作时，能够使所述螺线管104产生的磁场和所述电极组103产生的电流最大程度的交叠。这种设置方法能够充分利用所述螺线管104产生的磁场，同时也能够充分利用所述电极组103产生持续的电流。这种环境下，受向下驱动的力的离子数量会更多。相当于同一工作时间内所述容纳腔102内有更多的待分离电解液被淡化。所述螺线管104和所述电极组103在容纳腔102水流方向的长度相等的技术方案能够有效提高单位时间内处理的电解液量，大大提高了电解液分离的工作效率。
进一步的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述电极组103包括两个电极；
所述两个电极之间的距离与所述容纳腔102的内侧宽度大致相等，高度高于溶液的深度。
在正常工作时，所述两个电极之间的距离与所述容纳腔102的内侧宽度大致相等，高度高于溶液的深度，这样的设置可以有效增加所述电极组103中两个电极之间溶液的容纳量。这样的设置可以在单位时间内使更多的待处理电解液通过所述两个电极之间，能够很大程度上提高电解液分离效率。
具体的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述双层出水口105包括淡水出水口和浓缩电解液出水口；
所述浓缩溶液出水口设置于所述淡水出水口下侧。
可以理解的是，所述出水口105用于排出被分离的电解液。例如电解液在经过分离处理后，可以在出水口形成上层淡水层和下层浓缩电解液层。这样的设置是考虑到重力对电解液分离的影响，同时也是考虑到了能够更加有效地去除杂质的需要。淡水可以通过所述电解液分离设备10的淡水出水口进行收集，浓缩电解液可以通过所述电解液分离设备10的浓缩电解液出水口进行收集。
具体的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述淡水出水口和浓缩电解液出水口之间设置格挡；
所述格挡的位置可以上下调整。
在出水口设置格挡，能够在物理层面有效地隔断淡水和浓缩溶液之间的联系，这样的设置更加方便使用者收集淡水和浓缩溶液。例如使用者只需要收集淡水时，可以将格挡往淡水出水口方向调整，减少淡水中混入的离子。使用者只需要收集高浓度浓缩溶液时，可以将格挡往浓缩溶液出水口方向调整，减少分离的淡水对浓缩溶液浓度的影响。显而易见的是，此处的格挡可以是有上下挡板组成的格挡，上下挡板之间的距离可调。这种挡板可以方便使用者同时收集分离的淡水和分离的高浓度浓缩溶液。使用者在使用所述电解液分离设备10时，通过调整所述格挡的位置，能够调整所述格挡位置的离子浓度。
具体的，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述电极组103和螺线管104接入普通电源。
可以理解的是，普通电源可以是普通直流电源或普通交流电源。使用者在使用电解液分离设备10时，需要为设备提供电源。为了方便使用者使用，所述普通交流电源可以是家用的110V-220V交流电源，也可以是常用的直流电源。显而易见的是，使用的电源可以根据实际使用环境进行选择调整。普通电源的使用，大大降低了电解液分离的技术门槛。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种基于电磁作用的电解液分离设备，其特征在于，包括：
进水口，用于接收待分离的电解液；
容纳腔，和所述进水口连通，容纳所述待分离的电解液；
电极组，分别设置于所述容纳腔相对的两个垂直于水平面的内部侧面，正常工作时所述电极组浸入溶液中；
螺线管，环绕于所述容纳腔，正常工作时所述螺线管产生的磁场方向与所述电极组产生的电流方向相匹配，使阴阳离子受力向下；
双层出水口，设置于容纳腔设置所述进水口一侧的相对侧，并与所述容纳腔相连通，用于排出分离的电解液。
2.根据权利要求1所述的电解液分离设备，其特征在于，所述电极组垂直水平面设置于所述容纳腔。
3.根据权利要求1所述的电解液分离设备，其特征在于，所述容纳腔是采用绝缘材料制成的方形容纳腔。
4.根据权利要求1所述的电解液分离设备，其特征在于，所述容纳腔包括预处理器，所述预处理器设置于所述容纳腔顶部，正常工作时所述预处理器对所述容纳腔内电解液进行微波照射或者远红外线照射中至少一种。
5.根据权利要求1所述的电解液分离设备，其特征在于，所述螺线管和所述电极组在容纳腔水流方向的中心位置重合。
6.根据权利要求5所述的电解液分离设备，其特征在于，所述螺线管和所述电极组在容纳腔水流方向的长度相等。
7.根据权利要求6所述的电解液分离设备，其特征在于，所述电极组包括两个电极；
所述两个电极之间的距离与所述容纳腔的内侧宽度大致相等，高度高于溶液的深度。
8.根据权利要求1所述的电解液分离设备，其特征在于，所述双层出水口包括淡水出水口和浓缩电解液出水口；
所述浓缩电解液出水口设置于所述淡水出水口下侧。
9.根据权利要求8所述的电解液分离设备，其特征在于，所述淡水出水口和浓缩电解液出水口之间设置格挡；
所述格挡的位置可以上下调整。
10.根据权利要求1所述的电解液分离设备，其特征在于，所述电极组和螺线管接入普通电源。
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| CN202011575941.XA CN112707480A (zh) | 2020-12-28 | 2020-12-28 | 基于电磁作用的电解液分离设备 |
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- 2020-12-28 CN CN202011575941.XA patent/CN112707480A/zh active Pending
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