CN221217346U - 一种三维集流体组件、电吸附模块和水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电吸附技术领域，尤其是一种三维集流体组件、电吸附模块和水处理系统。本实用新型提出的三维集流体组件，电极板内嵌有三维网状导体，使得集流体对电极液的电传输面积增大，电极液产生的电吸附能力增强，从而提高了电吸附的离子吸附能力。本实用新型提出的电吸附模块中，三维网状导体利用多层二维平面网状导体堆叠，将网孔进行错位从而构成泡沫状的三维集流体，使得电极液穿过集流体时形成紊流，集流体对电极液的加电性能加强，提升采用该电吸附模块的水处理系统的盐离子吸附能力。

Description

一种三维集流体组件、电吸附模块和水处理系统

技术领域

本实用新型涉及电吸附技术领域，尤其是一种三维集流体组件、电吸附模块和水处理系统。

背景技术

电吸附，是利用特殊材料的电吸附能力将水中的盐离子吸附完全，一是可以获得淡水资源，二是可以吸附特定的贵重离子从而达到资源提取的效果。相对于市场存在的其他技术而言，不仅对环境友好，不会产生污染，而且能够特定吸附某种贵重稀缺离子，从而实现溶液中资源提取回收的效果。此外，与反渗透、电渗析和多级闪蒸等技术相比，电吸附技术不需要高电压，高水压和高温度等极端条件，可在温和条件下进行，对设备要求较低。并且，与物理吸附法相比，可以通过加电的方式来对盐离子进行吸附和脱附，不依靠酸解等其他技术，操作简单，避免用酸不会污染环境。

现有电吸附手段中，多采用螺旋流道和蛇形流道，对加电效率限制大，电极液不能够充分加电产生电吸附作用。此外，流道的设计限制了电极板内电极液的进入量，同样限制了电吸附效率的提升。泡沫状三维集流体用于电吸附，但其不足之处在于现存泡沫电极无法做到长时间稳定性，泡沫金属电极在长时间电吸附过程中会出现离子溶出现象从而破坏集流体结构，使得集流体变得松软，酥脆，加电性能变差，降低电吸附性能。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本实用新型提出了一种三维集流体组件，既解决了集流体加电性能差的缺陷，又可以解决三维集流体稳定性差的问题，从而可以实现在高电压高吸附时间下获得长时间优越的离子吸附性能。

本实用新型提出的一种三维集流体组件，包括：电极板、三维网状导体和离子交换膜；电极板上设有凹槽，离子交换膜设置在凹槽开口侧，三维网状导体设置在凹槽内，离子交换膜与电极板相互配合以夹持三维网状导体；电极板上设有与凹槽连通的进液口和出液口。

优选的，还包括电极液密封垫，电极液密封垫夹持在电极板和离子交换膜之间；

优选的，电极板上还设有接线端子，接线端子从电极板垂直于离子交换膜的平面伸出；进液口和出液口均设置在电极板平行于离子交换膜的平面上。

优选的，三维网状导体采用三维钛网。

优选的，三维网状导体由多张网格片堆叠形成，相邻网格片的网格拓扑方向互相交叉成a度角，30°≤a≤60°。

本实用新型还提出了一种电吸附模块和水处理系统，对上述的三维集流体组件进行应用，可大大提高电吸附效率和污水脱盐效率。

本实用新型提出的一种电吸附模块，包括第一保护板、第一集流体、水流道板、第二集流体和第二保护板；

第一集流体和第二集流体均采用所述的三维集流体组件，且第一集流体的离子交换膜为阴离子交换膜，第二集流体的离子交换膜为阳离子交换膜；

第一保护板配合水流道板夹持第一集流体，第二保护板配合水流道板夹持第二集流体，第一集流体中的阴离子交换膜和第二集流体中的阳离子交换膜相对设置；水流道板配合阴离子交换膜和阳离子交换膜形成水流腔，水流道板上设有与水流腔相连通的进水口和出水口。

优选的，阴离子交换膜与水流道板之间夹持有水密封垫，阳离子交换膜与水流道板之间夹持有水密封垫。

优选的，第一集流体伸出的接线端子和第二集流体伸出的接线端子均抵靠水流道板且位于水流道板同一侧。

优选的，水流道板两侧分别设有台阶槽，第一集流体和第二集流体分别设置在两个台阶槽内；第一集流体的电极板上的进液口处设有相连通的第一进液端子，第一集流体的电极板上的出液口处设有相连通的第一出液端子；第二集流体的电极板上的进液口处设有相连通的第二进液端子，第二集流体的电极板上的出液口处设有相连通的第二出液端子；第一进液端子和第一出液端子穿过第一保护板，第二进液端子和第二出液端子穿过第二保护板。

优选的，还包括多个螺纹紧固件，多个螺纹紧固件依次穿过第一保护板、第一集流体的电极板、第一集流体的电极液密封垫、阴离子交换膜、水流道板、阳离子交换膜、第二集流体的电极液密封垫、第二集流体的电极板和第二保护板进行紧固连接。

本实用新型提出的一种水处理系统，还包括电极液存储器和补给水存储器；电极液存储器分别连通第一进液端子和第一出液端子以形成第一电极液循环回路，电极液存储器还分别连通第二进液端子和第二出液端子以形成第二电极液循环回路，第一电极液循环回路和第二电极液循环回路上均设有电极液循环泵；补给水存储器分别连接进水口和出水口，补给水存储器和水流腔形成水循环回路，且水循环回路上设有水泵。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型提出的三维集流体组件，电极板内嵌有三维网状导体，使得集流体对电极液的电传输面积增大，电极液产生的电吸附能力增强，从而提高了电吸附的离子吸附能力。

(2)本实用新型提供的三维集流体组件，制备简单，容易操作，性能优越，工艺成本较低，具有广阔的发展前景。

(3)三维网状导体具体采用三维钛网，利用钛基金属在电吸附过程中不易溶出，集流体结构稳定性强的优点，进一步保证了集流体的稳定性。

(4)钛基金属在电吸附过程中不易溶出，集流体结构稳定性强的优点

(5)本实用新型提出的电吸附模块中，三维网状导体利用多层二维平面网状导体堆叠，将网孔进行错位从而构成泡沫状的三维集流体，使得电极液穿过集流体时形成紊流，集流体对电极液的加电性能加强，提升电吸附模块的盐离子吸附能力。

(6)本实用新型提供的水处理系统，采用本实用新型提供的电吸附模块，保证了对水处理腔中补给水的处理效率。

附图说明

图1为电吸附模块结构图；

图2为电吸附模块爆炸图；

图3(a)为实施例1中第一种三维钛网投影图；

图3(b)为实施例1中第一种三维钛网侧视图；

图3(c)为实施例1中第二种三维钛网投影图；

图3(d)为实施例1中第二种三维钛网侧视图；

图4为盐离子浓度变化图；

图5为实施例1中导电率变化图；

图6为实施例2中不同孔径栅格片交叉堆叠形成的三维钛网对脱盐效率的影响对比图。

1、第一保护板；2、第一集流体；3、水流道板；4、第二集流体；5、第二保护板；6、水密封垫；

100、电极板；101a、阴离子交换膜；101b、阳离子交换膜；102、三维网状导体；103、电极液密封垫；104、接线端子。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施方式提出的一种水处理系统，包括电吸附模块、电极液存储器和补给水存储器。

电吸附模块包括第一保护板1、第一集流体2、水流道板3、第二集流体4和第二保护板5。

第一集流体2包括电极板100和阴离子交换膜101a，电极板100上设有凹槽，凹槽内设有三维网状导体102，第一集流体2中，阴离子交换膜101a覆盖在凹槽开口处以密封三维网状导体102。电极板100和阴离子交换膜101a还夹持有电极液密封垫103，以避免电极液泄漏。

第二集流体4包括电极板100和阳离子交换膜101b，电极板100上设有凹槽，凹槽内设有三维网状导体102，第二集流体4中，阳离子交换膜101b覆盖在凹槽开口处以密封三维网状导体102。电极板100和阳离子交换膜101b还夹持有电极液密封垫103，以避免电极液泄漏。

第一保护板1、第一集流体2、水流道板3、第二集流体4和第二保护板5顺序设置，第一集流体2中的凹槽以及第二集流体4中的凹槽均共电极液流过，水流道板3上设有供水流流过的水流腔。令第一集流体2中的凹槽记作第一凹槽，第二集流体4中的凹槽记作第二凹槽；阴离子交换膜101a隔离第一凹槽和水流腔，第一凹槽和第二凹槽中的电极液电离后对水流腔中离子产生吸附，从而实现污水净化。

本实施方式中，凹槽中设置的三维网状导体102，提高电极液的电离性能，并增加电极液与离子交换膜的接触面积，加强对颗粒吸附材料的加电性能，以此来提升盐离子吸附性能。

三维网状导体具体可采用菱形三维网状导体和编制三维网状导体等多种形式。本实施方式中，三维网状导体102由多张网格片堆叠形成，相邻网格片的网格拓扑方向互相交叉成a度角，30°≤a≤60°。如此，可使得电极液形成更好的紊流，流动更加的平缓和均匀，提高盐离子吸附性能。

本实施方式中，水流道板3两侧分别设有台阶槽，第一集流体2和第二集流体4分别设置在两个台阶槽内；第一保护板1配合水流道板3夹持第一集流体2，第二保护板5配合水流道板3夹持第二集流体4。如此，第一保护板1、水流道板3外框和第二保护板5配合形成了电吸附模块的外壳，以保证模块整体结构。

第一集流体2中的阴离子交换膜101a和第二集流体4中的阳离子交换膜101b相对设置；水流道板3配合阴离子交换膜101a和阳离子交换膜101b形成水流腔。阴离子交换膜101a与水流道板3之间夹持有水密封垫6，阳离子交换膜101b与水流道板3之间夹持有水密封垫6。

本实施方式中，电吸附模块的固定方式为，设置多根位于凹槽和水流腔外周的螺栓，依次穿过第一保护板1、第一集流体2的电极板、第一集流体2的电极液密封垫、阴离子交换膜101a、水流道板3、阳离子交换膜101b、第二集流体4的电极液密封垫、第二集流体4的电极板和第二保护板5，通过螺栓与螺母的配合实现电吸附模块的整体紧固。

本实施方式中，第一集流体2的电极板上的进液口处设有相连通的第一进液端子，第一集流体2的电极板上的出液口处设有相连通的第一出液端子；第二集流体4的电极板上的进液口处设有相连通的第二进液端子，第二集流体4的电极板上的出液口处设有相连通的第二出液端子；第一进液端子和第一出液端子穿过第一保护板1，第二进液端子和第二出液端子穿过第二保护板5。电极液存储器分别连通第一进液端子和第一出液端子以形成第一电极液循环回路，电极液存储器还分别连通第二进液端子和第二出液端子以形成第二电极液循环回路，第一电极液循环回路和第二电极液循环回路上均设有电极液循环泵；

水流道板3上设有与水流腔相连通的进水口和出水口；补给水存储器分别连接进水口和出水口，补给水存储器和水流腔形成水循环回路，且水循环回路上设有水泵。

电极板100上还设有接线端子104，接线端子104从电极板100垂直于离子交换膜的平面伸出；第一集流体2伸出的接线端子104和第二集流体4伸出的接线端子104均抵靠水流道板3且位于水流道板3同一侧，以方便连接电源。

以下结合具体实施例，对上述的水处理系统和电吸附模块进行验证，三维网状导体均采用三维钛网。即，将第一集流体2的接线端子104和第二集流体4的接线端子104分别连接电源正负极，开启电极液循环泵和水泵，补给水存储器中的水循环经过水流腔进行脱盐。

实施例1

本实施例中对两个上述的水处理系统进行水处理实验，两套水处理系统中的三维钛网均由栅格片堆叠形成，栅格片为网片状的钛网。其中一个水处理系统中的三维钛网采用交叉堆叠方式，网格拓扑角度呈现45°交叉，投影图如图3(a)所示，侧视图如图3(b)所示；另一个水处理系统中的三维钛网由栅格片同角度直接堆叠形成，投影图如图3(c)所示，侧视图如图3(d)所示。

本实施例中，两套水处理系统在进行污水电吸附实验过程中，实验过程中，补给水存储器中水的盐离子浓度变化过程如图4所示，可见，采用交叉堆叠结构的三维钛网时盐离子的吸附速度高于采用直接堆叠结构的三维钛网，但是两个水处理系统中最终的盐离子浓度极其接近，这说明不同的钛网堆叠结构只影响盐离子吸附速度，不影响最终的吸附效果。

本实施例中对采用交叉堆叠的三维钛网的水处理系统，在脱盐操作两小时后反接电源进行脱附，水的电导率变化如图5所示，水的电导率与水中盐离子浓度成正比。可见，本实施方式中的水处理系统具有极高的脱盐效率和脱附效率。

实施例2

对采用不同孔径的栅格片交叉堆叠形成的三维钛网进行测试。

本实施例中，水处理系统分别采用6目、8目、10目、12目、14目、16目、20目的栅格片交叉堆叠形成三维钛网进行脱盐实验，测试不同时间点上水的盐离子浓度，结果如图6所示。

可见，本实施例中，栅格片网孔越小，脱盐效率越高。

当然，对于本领域技术人员而言，本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种三维集流体组件，其特征在于，包括：电极板(100)、三维网状导体(102)和离子交换膜；电极板(100)上设有凹槽，离子交换膜设置在凹槽开口侧，三维网状导体(102)设置在凹槽内，离子交换膜与电极板(100)相互配合以夹持三维网状导体(102)；电极板(100)上设有与凹槽连通的进液口和出液口。

2.如权利要求1所述的三维集流体组件，其特征在于，还包括电极液密封垫(103)，电极液密封垫(103)夹持在电极板(100)和离子交换膜之间；如权利要求1所述的三维集流体组件，其特征在于，电极板(100)上还设有接线端子(104)，接线端子(104)从电极板(100)垂直于离子交换膜的平面伸出；进液口和出液口均设置在电极板(100)平行于离子交换膜的平面上。

3.如权利要求1所述的三维集流体组件，其特征在于，三维网状导体采用三维钛网。

4.如权利要求1所述的三维集流体组件，其特征在于，三维网状导体(102)由多张网格片堆叠形成，相邻网格片的网格拓扑方向互相交叉成a度角，30°≤a≤60°。

5.一种采用如权利要求1-4任一项所述的三维集流体组件的电吸附模块，其特征在于，包括第一保护板(1)、第一集流体(2)、水流道板(3)、第二集流体(4)和第二保护板(5)；

第一集流体(2)和第二集流体(4)均采用如权利要求1-4任一项所述的三维集流体组件，且第一集流体(2)的离子交换膜为阴离子交换膜(101a)，第二集流体(4)的离子交换膜为阳离子交换膜(101b)；

第一保护板(1)配合水流道板(3)夹持第一集流体(2)，第二保护板(5)配合水流道板(3)夹持第二集流体(4)，第一集流体(2)中的阴离子交换膜(101a)和第二集流体(4)中的阳离子交换膜(101b)相对设置；水流道板(3)配合阴离子交换膜(101a)和阳离子交换膜(101b)形成水流腔，水流道板(3)上设有与水流腔相连通的进水口和出水口。

6.如权利要求5所述的电吸附模块，其特征在于，阴离子交换膜(101a)与水流道板(3)之间夹持有水密封垫(6)，阳离子交换膜(101b)与水流道板(3)之间夹持有水密封垫(6)。

7.如权利要求6所述的电吸附模块，其特征在于，第一集流体(2)伸出的接线端子(104)和第二集流体(4)伸出的接线端子(104)均抵靠水流道板(3)且位于水流道板(3)同一侧。

8.如权利要求5所述的电吸附模块，其特征在于，水流道板(3)两侧分别设有台阶槽，第一集流体(2)和第二集流体(4)分别设置在两个台阶槽内；第一集流体(2)的电极板上的进液口处设有相连通的第一进液端子，第一集流体(2)的电极板上的出液口处设有相连通的第一出液端子；第二集流体(4)的电极板上的进液口处设有相连通的第二进液端子，第二集流体(4)的电极板上的出液口处设有相连通的第二出液端子；第一进液端子和第一出液端子穿过第一保护板(1)，第二进液端子和第二出液端子穿过第二保护板(5)。

9.如权利要求5所述的电吸附模块，其特征在于，还包括多个螺纹紧固件，多个螺纹紧固件依次穿过第一保护板(1)、第一集流体(2)的电极板、第一集流体(2)的电极液密封垫、阴离子交换膜(101a)、水流道板(3)、阳离子交换膜(101b)、第二集流体(4)的电极液密封垫、第二集流体(4)的电极板和第二保护板(5)进行紧固连接。

10.一种采用如权利要求9所述的电吸附模块的水处理系统，其特征在于，还包括电极液存储器和补给水存储器；电极液存储器分别连通第一进液端子和第一出液端子以形成第一电极液循环回路，电极液存储器还分别连通第二进液端子和第二出液端子以形成第二电极液循环回路，第一电极液循环回路和第二电极液循环回路上均设有电极液循环泵；补给水存储器分别连接进水口和出水口，补给水存储器和水流腔形成水循环回路，且水循环回路上设有水泵。