CN112827361B - 一种两室三电极电解电渗析装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种两室三电极电解电渗析装置，其包括电解池，所述电解池内设置有中间极板、正极板、负极板；所述电解池还连接有根据流经正极板的电荷量和/或根据流经负极板的电荷量调节电解电渗析的阴阳离子浓度的电荷调节机构。本申请具有便于调节电解电渗析液的浓度以及调节PH值的效果。

Description

一种两室三电极电解电渗析装置

技术领域

本申请涉及电化学的领域，尤其是涉及一种两室三电极电解电渗析装置。

背景技术

电解电渗析装置已被广泛应用于化工产品的制备中；在外加直流电场作用下，利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性，使溶液中阴、阳离子发生离子迁移，分别通过阴、阳离子交换膜而达到除盐或浓缩的目的。目前在电解电渗析过程中通常选用浓度传感器检测溶液中的离子浓度以改变正极与中间极之间的电压或负极与中间极之间的电压从而调节溶液电解或电渗析，进而改变溶液中的离子浓度及酸碱度。

针对上述中的相关技术，发明人认为：溶液中离子分布不均匀，溶液各个部分离子浓度不一，采用浓度传感器测离子浓度易导致测量结果存在较大误差，采用时间继电器来控制离子浓度也易导致原液浓度偏差以及温度偏差造成电解液实际离子浓度出现误差。

发明内容

为了便于调节电解电渗析溶液的离子浓度，本申请提供了一种两室三电极电解电渗析装置。

本申请提供的一种两室三电极电解电渗析装置采用如下的技术方案：

一种两室三电极电解电渗析装置，包括电解池，所述电解池内设置有中间极板、正极板、负极板；所述电解池还连接有根据流经正极板的电荷量和/或根据流经负极板的电荷量调节电解电渗析的阴阳离子浓度的电荷调节机构。

通过采用上述技术方案，电解池中的正极板、负极板与中间极板用于电解电渗析，电荷调节机构根据流经正极板的电荷量和/或根据流经负极板的电荷量调节电解电渗析的阴阳离子浓度，根据需要调整溶液是进行电解或进行电渗析，从而改变溶液中所需离子的浓度。

可选的，所述电荷调节机构包括，

供电机构，作为电荷调节机构的电力来源；

MCU；

开关控制电路，连接于MCU的输出端与供电机构之间，设有若干输出口，通过MCU控制开关控制电路输出口的导通；

正极电荷量检测部件，连接于开关控制电路的输出口与正极板之间，其信号输出端连接于MCU的输入端，输出正极电荷量检测信号；

负极电荷量检测部件，连接于开关控制电路的输出口与负极板之间，其信号输出端连接于MCU的输入端，输出负极电荷量检测信号；

MCU根据正极电荷量检测部件输出的正极电荷量检测信号及负极电荷量检测部件输出负极电荷量检测信号控制开关控制电路不同输出口的导通时间。

通过采用上述技术方案，正极电荷量检测部件检测正极流经过的电荷量并将正极电荷量检测信号输入至MCU，负极电荷量检测部件检测负极流经过的电荷量并将负极电荷量检测信号输入至MCU，MCU通过开关控制电路控制正极板与负极板的导通时间，进而控制溶液中所需离子的浓度。

可选的，所述正极电荷量检测部件为连接于开关控制电路与正极板之间的正极库仑计，所述正极库仑计的数据输出口连接于MCU的输入端；所述负极电荷量检测部件为连接于开关控制电路与负极板之间的负极库仑计，所述负极库仑计的数据输出口连接于MCU的输入端。

通过采用上述技术方案，通过正极库仑计用于检测流经正极板的电荷量，负极板用于检测流经负极板的电荷量。

可选的，所述开关控制电路连接有起稳压作用的稳压电路。

通过采用上述技术方案，稳压电路用于在改变正极板与中间极板电压或负极板与中间极板的电压时起稳压作用，使得电压变换更加平稳。

可选的，所述正极电荷量检测部件为连接于开关控制电路与正极板之间的第一电阻器R1，所述第一电阻器R1将其两端的电压信号传输至MCU的信号输入端；所述负极电荷量检测部件为连接于开关控制电路与负极板之间的第二电阻器R2，所述第二电阻器R2将其两端的电压信号传输至MCU的信号输入端。

通过采用上述技术方案，通过分别测得第一电阻器R、第二电阻器R两端的电压，利用电压测得通过第一电阻器R的电流以及通过电阻器R的电流，对电流进行积分得电电荷量。

可选的，所述电解池内形成有母液室和成品室；所述母液室和成品室相连通；所述电解池内设置有第一离子选择性透过膜和第二离子选择性透过膜；所述第一离子选择性透过膜位于正极板和中间极板之间；第二离子选择性透过膜位于负极板和中间极板之间。

通过采用上述技术方案，电解时，第一离子选择性透过膜选择透过母液中的阳离子，使阳离子进入负极板，阳离子得电子被还原；第二离子选择性透过膜选择透过母液中的阴离子，使阴离子进入正极板，阴离子失去电子被氧化；电渗析时，负极板的电荷相互作用力下，母液中的阳离子会透过第一离子选择性透过膜富集于电解电渗析液成品室，正极板的电荷相互作用力下，母液中的阴离子会透过第二离子选择性透过膜富集于电解电渗析液成品室，实现了母液室离子的选择性淡化处理，MCU根据设定的成品液所需的离子浓度（正负离子电荷数量），达到精准控制。

可选的，所述中间极板、正极板和负极板皆一体成型有流通孔。

通过采用上述技术方案，电解液通过流通孔流向第一离子选择性透过膜和第二离子选择性透过膜，从而保证电渗析和电解的正常进行。

可选的，所述第一离子选择性透过膜为阳离子膜或者微孔膜；第二离子选择性透过膜为阴离子膜或者微孔膜。

通过采用上述技术方案，便于母液中的阳离子透过第一离子选择性透过膜，母液中的阴离子透过第二离子选择性透过膜。

附图说明

图1是本申请一种两室三电极电解电渗析装置实施例1的原理图。

图2是本申请一种两室三电极电解电渗析装置实施例2的原理图。

图3是本申请一种两室三电极电解电渗析装置实施例3的原理图。

图4是本申请一种两室三电极电解电渗析装置实施例4的原理图。

图5是本申请一种两室三电极电解电渗析装置实施例5的原理图。

附图标记说明：1、电解池；2、母液室；3、成品室；4、母液框体；5、导通孔；6、中间极板；7、流通孔；8、正极板；9、负极板；10、第一离子选择性透过膜；11、第二离子选择性透过膜；12、电荷调节机构；13、供电机构；14、开关控制电路；15、稳压电路；16、正极库仑计；17、负极库仑计。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-5及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种两室三电极电解电渗析装置。

实施例1：

参照图1，一种两室三电极电解电渗析装置包括电解池1，电解池1由绝缘材料制备而成，绝缘材料可以为呋喃树脂或者聚氯乙烯树脂或者聚苯硫醚树脂。电解池1内固定连接有母液框体4，电解池1和母液框体4在竖直方向上的投影呈回字形。母液框体4同样由绝缘材料制备而成，绝缘材料可以为呋喃树脂或者聚氯乙烯树脂或者聚苯硫醚树脂。母液框体4的下底面固定连接于电解池1内底面，固定连接方式可以通过胶水将母液框体4粘结于电解池1内底面或者通过超声波焊接将母液框体4焊接于电解池1内底面。母液框体4内形成有母液室2；电解池1和母液框体4中间形成有成品室3。

参照图1，母液框体4内设置有中间极板6，中间极板6的长度方向与母液框体4竖直内壁垂直。中间极板6具体的设置方式：中间极板6下底面通过胶水将母液框体4粘结于电解池1内底面。母液框体4两对侧壁接开设有导通孔5，导通孔5使得母液室2和电解电渗析液成品室3相连通。电解池1内固定连接有正极板8和负极板9，中间极板6、正极板8和负极板9三者相互平行。正极板8和负极板9固定连接方式可以为：正极板8下底面通过胶水将母液框体4粘结于电解池1内底面，负极板9底面通过胶水将母液框体4粘结于电解池1内底面。负极板9位于母液框体4开设了导通孔5的侧面外部，正极板8位于母液框体4开设了导通孔5的另一侧面外部。中间极板6、正极板8和负极板9皆一体成型有贯穿自身上下表面的流通孔7，使得离子可从母液室2向电解电渗析液成品室3运动。

参照图1，母液框体4开设了导通孔5的外侧面设置有第二离子选择性透过膜11，第二离子选择性透过膜11位于正极板8和母液框体4之间，第二离子选择性透过膜11一表面与开设了导通孔5的外侧面相抵接且另一表面与正极板8的表面相接触。第二离子选择性透过膜11优选阴离子膜。母液框体4开设了导通孔5的另一外侧面设置有第一离子选择性透过膜10，第一离子选择性透过膜10位于负极板9和母液框体4之间。第二离子选择性透过膜11一表面与开设了导通孔5的另一外侧面相抵接且另一表面与负极板9的表面相接触。第一离子选择性透过膜10优选阳离子膜。

参照图1，电解池1还连接有电荷调节机构12，电荷调节机构12分别与中间极板6、正极板8、负极板9相连接，电荷调节机构12包括用于供电的供电机构13，在本申请实施例中，供电机构13选用直流电源；电荷调节机构12还包括MCU，MCU具有比较模块，MCU可以选用PLC、单片机、第一离子选择性透过膜10RM处理器等，在本申请中，MCU选用PIC12F1571。

参照图1， MCU的输出口连接有开关控制电路14，作为开关控制电路14的一种实施方式，开关控制电路14包括若干MOS管，在本申请实施例1中，MOS管有四个，四个MOS管分别为第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4；其中第一MOS管Q1、第二MOS管Q2为管均为增强型P沟道MOS管；第三MOS管Q3、第四MOS管Q4为增强型N沟道MOS管。作为开关控制电路14的一种实施方式，第一MOS管Q1的栅极G与第三MOS管Q3的栅极G连接于MCU的同一输出口，第二MOS管Q2的栅极G与第四MOS管Q4连接栅极G于MCU的同一输出口；第一MOS管Q1与第二MOS管Q2的源极S连接于直流电源的正极；第三MOS管Q3与第四MOS管Q4的源极S连接于直流电源的负极。

参照图1，为了控制成品液需要电解电渗析的阴阳离子的浓度，电荷调节机构12还包括正极电荷量检测部件、负极电荷量检测部件；在本申请实施例1中，正极电荷量检测部件为正极库仑计16，负极电荷量检测部件为负极库仑计17；正极库仑计16连接于第一MOS管Q1的漏极D与正极板8之间,正极库仑计16的数据输出口连接于MCU的输入端；负极库仑计17连接于第四MOS管Q4的漏极D与负极板9之间,负极库仑计17的数据输出口连接于MCU的输入端。

实施例1的实施原理为：

电解时保证电解电压大于电解液中离子的临界电解电压，第一离子选择性透过膜10选择透过母液中的阳离子，向负极板9方向运动透过第一离子选择性透过膜10进入电解电渗析液成品室3，在负极板9处阳离子得电子被还原。第二离子选择性透过膜11选择透过母液中的阴离子，阴离子向正极板8方向运动，进入电解电渗析液成品室3，在正极板8处阴离子失去电子被氧化。

电渗析时，电渗析电压小于电解液中离子的临界电解电压，负极板9的负电荷吸引母液中的阳离子，在电荷相互作用力下，母液中的阳离子会透过第一离子选择性透过膜10富集于电解电渗析液成品室3；正极板8的正电荷吸引母液中的阴离子，在电荷相互作用力下，母液中的阴离子会透过第二离子选择性透过膜11富集于电解电渗析液成品室3，实现了母液室2的淡化处理。

通过MCU调节正极基准电荷量A、负极基准电荷量B；正极库仑计16对流经正极板8的电荷量进行统计并输出代表流经正极板8电荷量的信号值C，MCU接收正极库仑计16输出的信号值C；负极库仑计17对流经负极板9的电荷量进行统计并输出代表流经负极板9电荷量的信号值D，MCU接收负极库仑计17输出的信号值D；通过MCU的比较模块对信号值C与正极基准电荷量A进行比较、对信号值D与负极预设电荷值B进行比较，通过MCU控制第一MOS管Q1和第三MOS管Q3以及第二MOS管Q2和第四MOS管Q4的导通时间。MCU给出的导通切换时间为10ms，每次切换的时间间隔为1ms，并且第一MOS管Q1和第三MOS管Q3为一组，第二MOS管Q2与第四MOS管Q4为一组，两组不同时导通。由MCU根据上述信号值C与正极基准电荷量A的差异值，以及信号值D与负极基准电荷量B的差异值，在每100个10ms切换时间内，按照差异值大小，分配给第一MOS管Q1和第三MOS管Q3组，以及第二MOS管Q2和第四MOS管Q4组的导通时间。

具体的，当信号值C等于信号值D且均不等于零时，母液中等电荷量的阴离子与阳离子分别通过第二离子选择性透过膜11和第一离子选择性透过膜10进入到成品室3。

当信号值C不等于零且信号值D等于零时，母液中的阳离子通过第一离子选择性透过膜10进入成品室3。

当信号值C等于零且信号值D不等于零时，母液中的阴离子通过第二离子选择性透过膜11进入成品室3。

当信号值C、信号值D均不等于零且信号值C大于信号值D时，母液中的阴离子和阳离子分别通过第二离子选择性透过膜11和第一离子选择性透过膜10进入成品室3，但进入成品室3的阳离子比阴离子要多。

当信号值C、信号值D均不等于零且信号值C小于信号值D时，母液中的阴离子与阳离子分别通过第二离子选择性透过膜11和第一离子选择性透过膜10进入成品室3，但进入成品室3的阴离子比阳离子要多。

实施例2：

参照图2，本实施例与实施例1的不同之处在于，开关控制电路14连接有稳压电路15；作为稳压电路15的一种实施方式，稳压电路15为连接于第一MOS管Q1的漏极D的第一电容器C1、连接于第四MOS管Q4的漏极D的第二电容器C2，第一电容器C1的另一端连接于第二MOS管Q2的漏极D和第三MOS管Q3的漏极D之间；第二电容器C2的另一端连接于第二MOS管Q2的漏极D和第三MOS管Q3的漏极D之间。

实施例2的实施原理为：第一电容器C1、第二电容器C2起稳压作用，适用于电解熔融氧化物，例如电解氧化钠。

实施例3：

参照图3，本实施例与实施例1的不同之处在于，正极电荷量检测部件为连接于开关控制电路与正极板之间的第一电阻器R1，负极电荷量检测部件为连接于开关控制电路与负极板之间的第二电阻器R2；第一电阻器R1、第二电阻器R2的两端通过导线连接于MCU的输入口，通过MCU测得第一电阻器R1和第二电阻器R2两端的电压。

实施例2的实施原理为：通过MCU测得第一电阻器R1两端的电压后，MCU通过电压与第一电阻器R1的阻值得到通过第一电阻器R1的正极电流I1，MCU再对通过第一电阻器R1的正极电流I1进行积分得到通过第一电阻器R1的电荷量，从而得到通过正极板的电荷量E；通过MCU测得第二电阻器R2两端的电压后，MCU通过电压与第二电阻器R2的阻值得到通过第二电阻器R2的负极电流I2，MCU再对通过第二电阻器R2的负极电流I2进行积分得到通过第二电阻器R2的电荷量，从而得到通过负极板的电荷量F。

实施例4：

参照图4，本实施例与实施例1的不同之处在于，正极板8和负极板9采用隔离的双电源供电。开关控制电路14只需要使用一个增强型P沟道MOS管Q9和一个增强型N沟道MOS管Q10，因采用了隔离双电源供应，Q9和Q10仍由MCU分别根据正极板8正极基准电荷量A和负极板9负极基准电荷量B与实测值的差量，将10ms导通时间的指令按比例分配给增强型P沟道MOS管Q9和增强型N沟道MOS管Q10，实例3与实例1的差异还有：实例3中，增强型P沟道MOS管Q9和增强型N沟道MOS管Q10可以同时导通。

实施例5：

参照图5，本实施例与实施例1的不同之处在于，MCU连接有驱动电路，适用于大电压、大电流的供电电路中。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (7)

1.一种两室三电极电解电渗析装置，其特征在于：包括电解池（1），所述电解池（1）内设置有中间极板（6）、正极板（8）、负极板（9）；所述电解池（1）还连接有根据流经正极板（8）的电荷量和/或根据流经负极板（9）的电荷量调节电解电渗析的阴阳离子浓度的电荷调节机构（12）；

所述电荷调节机构（12）包括，

供电机构（13），作为电荷调节机构（12）的电力来源；

MCU；

开关控制电路（14），连接于MCU的输出端与供电机构（13）之间，设有若干输出口，通过MCU控制开关控制电路（14）输出口的导通；

正极电荷量检测部件，连接于开关控制电路（14）的输出口与正极板（8）之间，其信号输出端连接于MCU的输入端，输出正极电荷量检测信号；

负极电荷量检测部件，连接于开关控制电路（14）的输出口与负极板（9）之间，其信号输出端连接于MCU的输入端，输出负极电荷量检测信号；

MCU根据正极电荷量检测部件输出的正极电荷量检测信号及负极电荷量检测部件输出负极电荷量检测信号控制开关控制电路（14）不同输出口的导通时间；

其中，通过MCU调节正极基准电荷量A、负极基准电荷量B；通过MCU的比较模块对正极电荷量检测信号与正极基准电荷量A进行比较，通过MCU的比较模块对负极电荷量检测信号与负极基准电荷值B进行比较，通过MCU控制开关控制电路（14）不同输出口的导通时间。

2.根据权利要求1所述的一种两室三电极电解电渗析装置，其特征在于：所述正极电荷量检测部件为连接于开关控制电路（14）与正极板（8）之间的正极库仑计（16），所述正极库仑计（16）的数据输出口连接于MCU的输入端；所述负极电荷量检测部件为连接于开关控制电路（14）与负极板（9）之间的负极库仑计（17），所述负极库仑计（17）的数据输出口连接于MCU的输入端。

3.根据权利要求1所述的一种两室三电极电解电渗析装置，其特征在于：所述开关控制电路（14）连接有起稳压作用的稳压电路（15）。

4.根据权利要求1所述的一种两室三电极电解电渗析装置，其特征在于：所述正极电荷量检测部件为连接于开关控制电路（14）与正极板（8）之间的第一电阻器R1，所述第一电阻器R1将其两端的电压信号传输至MCU的信号输入端；所述负极电荷量检测部件为连接于开关控制电路（14）与负极板（9）之间的第二电阻器R2，所述第二电阻器R2将其两端的电压信号传输至MCU的信号输入端。

5.根据权利要求1所述的一种两室三电极电解电渗析装置，其特征在于：所述电解池（1）内形成有母液室（2）和成品室（3）；所述母液室（2）和成品室（3）相连通；所述电解池（1）内设置有第一离子选择性透过膜（10）和第二离子选择性透过膜（11）；所述第一离子选择性透过膜（10）位于正极板（8）和中间极板（6）之间；第二离子选择性透过膜（11）位于负极板（9）和中间极板（6）之间。

6.根据权利要求1所述的一种两室三电极电解电渗析装置，其特征在于：所述中间极板（6）、正极板（8）和负极板（9）皆一体成型有流通孔（7）。

7.根据权利要求5所述的一种两室三电极电解电渗析装置，其特征在于：所述第一离子选择性透过膜（10）为阳离子膜；第二离子选择性透过膜（11）为阴离子膜。

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