CN212151724U

CN212151724U - 一种不对称双极膜、膜堆及电去离子装置

Info

Publication number: CN212151724U
Application number: CN202020326683.0U
Authority: CN
Inventors: 陈小平
Original assignee: Foshan Viomi Electrical Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Lizi Technology Co Ltd
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-12-15
Anticipated expiration: 2030-03-16

Abstract

本实用新型的一种不对称双极膜、膜堆及电去离子装置，双极膜一面为异相离子交换膜，另一面为均相离子交换膜。均相离子交换膜化学结构均匀、孔隙小、膜电阻小且其具有较高的亲水性，水在均相离子交换膜上极易扩散渗透。所以当双极膜进行脱盐时，双极膜的界面层可以从均相离子交换膜获得充足的水分，避免了界面层形成无水区影响离子自由迁移而使得双极膜电阻升高的问题，保证了双极膜性能的长期稳定。

Description

一种不对称双极膜、膜堆及电去离子装置

技术领域

本实用新型涉及净水技术领域，特别是涉及一种不对称双极膜、膜堆及电去离子装置。

背景技术

离子交换是使用离子交换材料从液流中提取或去除液流中离子的方法之一。目前，离子交换已广泛应用于水的纯化与软化；海水、苦咸水淡化；溶液 (如糖液)的精制和脱色等各种应用。离子交换材料除了离子交换树脂球和粉末外，还有离子交换膜。离子交换膜是含有离子交换基团的、由高分子材料制成的薄膜，全部含有阳离子交换基团的为阳离子交换膜，全部含有阴离子交换基团的为阴离子交换膜。

现有技术中，考虑到成本等因素，多采用异向双级膜，其由两层异相离子交换膜复合而成。由于异向膜渗水亲水性差、水渗透率不高，渗透到双级膜膜片间的水分不足，在由异向双极膜构成电去离子系统脱盐时，界面层的水水解耗尽后，双级膜间会形成干区，阻碍了离子自由迁移，令膜堆电阻大大增加，使得系统性能变差。

因此，针对现有技术不足，提供一种不对称双极膜、膜堆及电去离子装置以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

本实用新型的目的之一在于避免现有技术的不足之处而提供一种不对称双极膜，一面为异相离子交换膜，一面为均相离子交换膜，这种膜片组合方式，能够避免膜片内部形成干区，保证双级膜间足够的水渗透量，避免了双极膜构成的膜堆电阻增大以保证电去离子装置性能的长期稳定性。

本实用新型的上述目的通过以下技术措施实现。

提供一种不对称双极膜，一面为异相离子交换膜，另一面为均相离子交换膜。

优选的，异相离子交换膜为阳离子交换膜，均相离子交换膜为阴离子交换膜。

优选的，异相离子交换膜为阴离子交换膜，均相离子交换膜为阳离子交换膜。

优选的，异相离子交换膜的干膜厚度为0.15～5mm，均相离子交换膜的湿膜厚度为0.1～5mm。

优选的，异相离子交换膜的干膜厚度为0.2～1mm，均相离子交换膜的湿膜厚度为0.1～1mm。

本实用新型的不对称双极膜，一面为异相离子交换膜，另一面为均相离子交换膜。均相离子交换膜化学结构均匀、孔隙小、膜电阻小且其具有较高的亲水性，水在均相离子交换膜上极易扩散渗透。所以当电去离子装置进行脱盐时，双极膜的界面层可以从均相离子交换膜获得充足的水分，避免了界面层形成无水区影响离子自由迁移而使得双极膜构成的膜堆电阻升高的问题，保证了电去离子装置性能的长期稳定。

本实用新型的目的之一在于避免现有技术的不足之处而提供一种膜堆，构成膜堆的双极膜膜片一面为异相离子交换膜，一面为均相离子交换膜，这种膜片组合方式，能够避免膜片内部形成干区，保证双级膜间足够的水渗透量，避免了双极膜构成的膜堆电阻增大以保证电去离子装置性能的长期稳定性。

提供一种膜堆，至少具有一张不对称双极膜。

本实用新型的膜堆，至少具有一张不对称双极膜。该双极膜一面为异相离子交换膜，另一面为均相离子交换膜。均相离子交换膜化学结构均匀、孔隙小、膜电阻小且其具有较高的亲水性，水在均相离子交换膜上极易扩散渗透。所以当膜堆进行脱盐时，双极膜的界面层可以从均相离子交换膜获得充足的水分，避免了界面层形成无水区影响离子自由迁移而使得双极膜构成的膜堆电阻升高的问题，保证了电去离子装置性能的长期稳定。

本实用新型的另一目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种电去离子装置，具有不对称双极膜，双极膜膜片一面为异相离子交换膜，另一面为均相离子交换膜或者膜片的两面都使用均相离子交换膜，这种膜片组合方式，能够避免膜片内部形成干区，保证双级膜间足够的水渗透量，以保证电解去离子系统性能的长期稳定性。

本实用新型的上述目的通过以下技术措施实现。

提供一种电去离子装置，至少具有一张不对称双极膜。

本实用新型的电去离子装置，至少具有一张不对称双极膜。该不对称双极膜一面为异相离子交换膜，另一面为均相离子交换膜。均相离子交换膜化学结构均匀、孔隙小、膜电阻小且其具有较高的亲水性，水在均相离子交换膜上极易扩散渗透。所以当电去离子装置进行脱盐时，双极膜的界面层可以从均相离子交换膜获得充足的水分，避免了界面层形成无水区影响离子自由迁移而使得膜堆电阻升高的问题，保证了电去离子装置性能的长期稳定。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本实用新型的任何限制。

图1是本实用新型一种不对称双极膜双极膜结构示意图。

图2是本实用新型一种不对称双极膜实施例2双极膜结构示意图。

图3是本实用新型实施例4电去离子装置结构示意图。

图4是本实用新型实施例5电去离子装置结构示意图。

在图1至图4中，包括：

异相离子交换膜100、均相离子交换膜200、

阴离子交换膜300、阳离子交换膜400、

电极阳离子交换膜310、电极阴离子交换膜410、

阴膜电极500、阳膜电极600、

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1。

一种不对称双极膜。如图1所示，双极膜一面为异相离子交换膜100，另一面为均相离子交换膜200。均相离子交换膜200化学结构均匀、孔隙小、膜电阻小且其具有较高的亲水性，水在均相离子交换膜200上极易扩散渗透，水可以源源不断的进入到双极膜的界面层中，为盐离子、氢离子和氢氧根离子的迁移提供良好的环境，使得膜堆电阻保持稳定，避免了膜堆电阻过高使电去离子装置性能变差的问题。需要说明的是，本实施例的双极膜膜片只需要通过物理压片保持两张膜片紧密贴在一起，不需要热压贴合。

本实施例中，异相离子交换膜100为阳离子交换膜400，均相离子交换膜 200为阴离子交换膜。异相离子交换膜的干膜厚度为0.15～5mm，均相离子交换膜的湿膜厚度为0.1～5mm。异相离子交换膜100厚度越大，则其膜片中含有的离子交换基团含量越高，在膜堆进行原水脱盐净化时，能够吸附更多的盐离子，且脱盐性能衰减慢，使得膜堆具有较高的单次制水总量。使用厚度小的均相离子交换膜200是因为为双极膜界面层提供水的膜片主要为均相离子交换膜200，膜片的厚度越大，离子交换膜向界面层渗水的难度越大。需要说明的是，本实施例的异相离子交换膜100也可以为多张普通离子交换膜叠合构成。

该不对称双极膜，一面为异相离子交换膜100，另一面为均相离子交换膜 200。均相离子交换膜200高渗水率能够保证双极膜界面层具有足够的水，能够保证离子迁移的正常进行，使双极膜具有稳定的低电阻，解决了具有该双极膜的电去离子装置电阻变高使其性能变差的问题。

实施例2。

一种不对称双极膜，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：如图2所示，双极膜中异相离子交换膜100为阴离子交换膜300，均相离子交换膜200为阳离子交换膜。均相离子交换膜200高渗水率能够保证双极膜界面层具有足够的水，能够保证离子迁移的正常进行，使双极膜具有稳定的低电阻，解决了具有该双极膜的电去离子装置电阻变高使其性能变差的问题。

实施例3。

一种不对称双极膜，其它结构与实施例1相同，不同之处在于：异相离子交换膜的干膜厚度为0.2～1mm，均相离子交换膜的湿膜厚度为0.1～1mm。双极膜中异相离子交换膜100的厚度越大，异相离子交换膜100中离子交换基团越大，使得所在膜堆单次制水量增大。另外，均相离子交换膜200厚度越小，均相离子交换膜200渗水率越高，界面层水源越充足，可以避免因界面层缺水阻碍离子自由迁移使得膜堆电阻增大的问题，保证具有该双极膜的电去离子装置性能的稳定性。

实施例4。

一种电去离子装置，具有至少一个不对称双极膜及电极对。电极对可以为金属电极、碳电极、石墨电极等，也可以为多孔电极。本实施例以具有多孔电极的去离子装置为例进行说明，如图3所示，电去离子装置设置有一对多孔电极构成的电极对，电极与双极膜或者双极膜与双极膜之间形成流道。本实施例中，双极膜一面为异相离子交换膜100，另一面为均相离子交换膜200。异相离子交换膜100为阳离子交换膜400，均相离子交换膜200为阴离子交换膜。均相离子交换膜200化学结构均匀、孔隙小、膜电阻小且其具有较高的亲水性，水在均相离子交换膜200上极易扩散渗透，水可以源源不断的进入到双极膜的界面层中，为盐离子、氢离子和氢氧根离子的迁移提供良好的环境，使得膜堆电阻保持稳定，避免了膜堆电阻过高使电去离子装置性能变差的问题。需要说明的是，本实施例中，可以含有一张不对称双极膜，也可以含有2张、3张、4张等其它数量的双极膜，一般以1-50张居多，也可以更多。

本实施例中，多孔电极设置有集电体520，集电体520、多孔材料510和离子交换膜依次层叠组成多孔电极。集电体520由金属、金属合金、石墨、石墨烯、碳纳米管和导电塑料中的一种或多种制备。集电体520可以为片状或板状结构，既能为多孔材料510和离子交换膜提供支撑作用，又能供导电作用。需要说明的是，集电体520、多孔材料510和离子交换膜依次层叠的方式可以是物理夹紧、热贴合固定或者粘结剂粘结，但不局限于这三种方式。

本实施例中，多孔材料510具有孔径在0.5～50nm之间的多孔结构。多孔材料510为活性炭、炭黑、碳纳米管、石墨、碳纤维、碳布、碳气凝胶、金属粉末、金属氧化物和导电聚合物中的一种或多种制备的导电体。需要说明的是，多孔材料510还可以用其它大比表面导电材料制备，不局限于本实施例中列举的导电材料，但优选比表面大于100m²/g、疏水的导电材料。

多孔电极中的离子交换膜靠近膜堆，多孔电极中的离子交换膜可为阴离子交换膜210或阳离子交换膜110。由于多孔电极中的离子交换树脂靠近膜堆，所以双极膜与多孔电极之间也构成流道，在电去离子装置进行脱盐时产生纯水。本实施例多孔电极中的离子交换膜为单层结构，只具有一张异相离子交换膜，膜厚为0.7mm。需要说明的是，多孔电极中的离子交换膜类型和厚度可以根据实际需要灵活选择，不局限于本实施例中离子交换膜。

本实施例中，电极对之间设置有多个间隔排列的双极膜，多个双极膜之间的排列方式相同。电极对之间的双极膜可以设置为1至50个。双极膜的数量可以根据需要净化的水质具体选择。本实施例以电极对之间的双极膜设置为2张为例。

本实施例中，一个多孔电极具有阳离子交换膜110，定义为阳膜电极600，另一个多孔电极具有阴离子交换膜210，定义为阴膜电极500；最靠近阳膜电极 600的双极膜中的阴离子交换膜200面向阳膜电极600；最靠近阴膜电极500的双极膜中的阳离子交换膜100面向阴膜电极500。

本实用新型的电去离子装置，在制水时，所有单通道同时制备水，没有浓水产生。再生时，倒极即可实现再生，再生过程也是单通道进行。因此，本实用新型的双极膜电去离子装置水路结构简单。

该电去离子装置，重复利用了双极膜的膜面积，电解离子交换的方式大大提高了离子交换的速度和效率。本实用新型的双极膜电去离子装置，极水中不会产生气体，也不会造成结垢现象。

故该电去离子装置采用多孔电极及双极膜的结构，能够避免现有技术中极水水解产生气体及结垢的问题，且具有不对称双极膜，该双级膜一面为异相离子交换膜100，另一面为均相离子交换膜200。由于均相离子交换膜200具有较高的渗水性，所以该双极膜中不会产生无水区使得双极膜构成的膜堆电阻增大影响电去离子装置的性能，保证了电去离子装置脱盐的高效性。

实施例5。

一种电去离子装置，其它特征与实施例9相同，不同之处在于：如图4所示，多孔电极由集电体和多孔材料层叠形成，没有电极离子交换膜且双极膜中异相离子交换膜100为阴离子交换膜300，均相离子交换膜200为阳离子交换膜。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种不对称双极膜，其特征在于：一面为异相离子交换膜，另一面为均相离子交换膜。

2.根据权利要求1所述的不对称双极膜，其特征在于：所述异相离子交换膜为阳离子交换膜，均相离子交换膜为阴离子交换膜。

3.根据权利要求1所述的不对称双极膜，其特征在于：所述异相离子交换膜为阴离子交换膜，均相离子交换膜为阳离子交换膜。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的不对称双极膜，其特征在于：所述异相离子交换膜的干膜厚度为0.15～5mm，均相离子交换膜的湿膜厚度为0.1～5mm。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的不对称双极膜，其特征在于：所述异相离子交换膜的干膜厚度为0.2～1mm，均相离子交换膜的湿膜厚度为0.1～1mm。

6.一种膜堆，其特征在于：至少具有一张如权利要求1至5任意一项所述的不对称双极膜。

7.一种电去离子装置，其特征在于：至少具有一张如权利要求1至5任意一项所述的不对称双极膜。