TWI806533B - 無隔膜去離子與離子濃縮裝置及無隔膜去離子與離子濃縮模組 - Google Patents

無隔膜去離子與離子濃縮裝置及無隔膜去離子與離子濃縮模組 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其連接外部電源，並包含微流道、二集電板以及電活性材料。微流道設置於二集電板之間，且外部電源向二集電板施加電壓。電活性材料至少披覆二集電板之其中一者，電活性材料具有可逆的氧化還原能力。藉此，透過微流道特殊的結構配置以及電活性材料的特性，可有效提升整體處理效能，並可達到無隔膜的結構，進而可解決隔膜積垢與老化及其維護成本高、操作複雜的問題。

Description

無隔膜去離子與離子濃縮裝置及無隔膜去離子與離子濃縮模組
本發明係提供一種去離子與離子濃縮裝置及模組，尤其是一種無隔膜的去離子與離子濃縮裝置及模組。
半鹹水與海水脫鹽(Desalination)為一種將半鹹水或海水中的鹽分及礦物質去除得到淡水之技術，而習知方法用以海水淡化包含蒸餾(多級閃蒸、多效蒸發)、離子交換、膜處理等，其中膜處理中常見方法為逆滲透(Reverse osmosis, RO)，亦常應用於半鹹水脫鹽，但其能耗過高，且具有膜積垢與老化的問題。
另一種應用於半鹹水與海水脫鹽的方法為電容脫鹽(Capacitive de-ionization, CDI)，傳統電容脫鹽中的電極通常為高表面積碳材(活性碳、奈米碳管、石墨烯等)，但其脫鹽效率不彰，因此有研發者在碳電極表面上使用陰陽離子交換膜以提高效率及脫鹽量。然而，陰陽離子交換膜具有維護成本高以及操作複雜等缺點，而且同樣具有膜積垢與老化的問題，在應用上仍受到限制。
有鑑於此，如何提高脫鹽效率及減少成本，並改善膜處理之缺點，遂成相關領域人員積極解決之問題。
本發明之一目的在於提供一種無隔膜去離子與離子濃縮裝置，藉由微流道及電活性材料的設置及其特性，可提升整體處理帶電物質的效能，並達到無隔膜的結構配置，進而可解決膜積垢與老化及操作成本高的問題。
本發明之一實施方式提供一種無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其連接外部電源，並包含微流道、二集電板以及電活性材料。微流道設置於二集電板之間，外部電源向二集電板施加電壓。電活性材料至少披覆於二集電板之其中一者，電活性材料具有可逆的氧化還原能力。
依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中微流道之寬度可為1 µm至300 µm。
依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中電活性材料的質量可為0.5 mg/cm 2至25 mg/cm 2。
依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中可更包含電雙層電極材料，電活性材料披覆於其中一集電板，電雙層電極材料披覆於另一集電板。
依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中電活性材料可包含正極電活性材料，其披覆其中一集電板，當外部電源施加電壓於所述集電板，所述集電板形成正極，正極電活性材料可為金屬、合金、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬碳化物、陰離子聚合物、普魯士藍類似物、有機電極材料、金屬有機化合物、聚甲醛、上述材料構成之複合物或上述材料與導電性碳材料構成之複合物。
依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中電活性材料可包含負極電活性材料，其披覆其中一集電板，當外部電源施加電壓於所述集電板，所述集電板形成負極，負極電活性材料可為金屬、有機電極材料、金屬有機化合物、過渡金屬碳化物、上述材料構成之複合物或上述材料與導電性碳材料構成之複合物。
依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中電活性材料可對於欲處理離子具有離子選擇性。
依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其可不包含陰陽離子交換膜。
本發明之另一實施方式提供一種無隔膜去離子與離子濃縮模組，其連接外部電源，並包含複數個依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，且所述無隔膜去離子與離子濃縮裝置相互連接。
依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮模組，其中所述無隔膜去離子與離子濃縮裝置可以並聯方式相互連接。
依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮模組，其中所述無隔膜去離子與離子濃縮裝置可以串聯方式相互連接。
依據前述實施方式之無隔膜去離子與離子濃縮模組，其中所述無隔膜去離子與離子濃縮裝置可同時以串聯方式與並聯方式相互連接。
以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之；並且重複之元件將可能使用相同的編號表示之。
請參照第1圖及第2圖，第1圖繪示本發明一實施方式之一實施例的無隔膜去離子與離子濃縮裝置100的立體示意圖，第2圖繪示依照第1圖實施方式的無隔膜去離子與離子濃縮裝置100的結構示意圖。如第1圖及第2圖所示，無隔膜去離子與離子濃縮裝置100連接外部電源200，並包含微流道110、二集電板120以及電活性材料130。特別說明的是，在第1圖中，可依據需求配置微流道110及集電板120的數量，本發明並不以此揭示內容為限。
微流道110設置於二集電板120之間，微流道110用以供液體通過。特別的是，微流道110為一微米等級(Micronmeter-sized)的結構，再進一步地說，微流道110的寬度可為1 µm至300 µm，所述寬度指的是各集電板120包含電活性材料130的間距。藉由微流道110的設置，可有效地提升液體與電極的反應面積比，進而可大幅地提升無隔膜去離子與離子濃縮裝置100的離子吸附及離子脫附效率。
外部電源200連接二集電板120，且外部電源200向二集電板120施加電壓，使其中一集電板120形成正極，並使另一集電板120形成負極。具體而言，集電板120可為金屬、合金或碳等導電性材料。
電活性材料130至少披覆於二集電板120的其中一者，當液體經過微流道110時，液體與電活性材料130相接觸。具體而言，電活性材料130具有可逆的氧化還原能力，其可為偽電容型電極材料(pseudo-capacitive-type)或電池型電極材料(battery-type)。
進一步地說，可藉由電活性材料130的氧化還原反應，將溶液中的離子進行吸附或脫除。電活性材料130具有可逆性相當好的氧化還原反應，其有助於提升電化學反應的效率及壽命。再者，電活性材料130可進行完全氧化還原，其有助於提升電化學反應的效率，電活性材料130具有相當高的理論比電容值，藉此可有效地增加無隔膜去離子與離子濃縮裝置100整體的電吸附容量，進而可提升其去離子及離子濃縮效率。
具體而言，電活性材料130可以電鍍、電泳沉積、粉刷、噴塗等方式披覆於集電板120的表面。電活性材料130的質量可為0.5 mg/cm 2至25 mg/cm 2。詳細而言，電活性材料130的效能與其重量有很大的關係，根據正負極不同之電極材料，可透過電化學分析及電量平衡後，配置電活性材料130之最佳質量範圍及質量比，當本發明之電活性材料130的質量滿足上述條件時，可有效地提升效率。
在第2圖實施例中，電活性材料130可包含正極電活性材料131及負極電活性材料132，其中正極電活性材料131披覆於其中一集電板120，且當外部電源200施加電壓後，所述其中一集電板120形成正極。負極電活性材料132披覆於另一集電板120，且當外部電源200施加電壓後，所述另一集電板120形成負極。藉由設置不同種類的電活性材料，可選擇性地吸附不同離子。
具體而言，正極電活性材料131可為金屬、合金、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬碳化物、陰離子聚合物、普魯士藍類似物、有機電極材料、金屬有機化合物、聚甲醛、上述材料構成之複合物或上述材料與導電性碳材料構成之複合物。再進一步地說，所述金屬可為銀、鉍或銅。所述合金可為銀、鉍、銅構成之二元合金或三元合金。所述過渡金屬氧化物可為二氧化錳(MnO 2)、四氧化三錳(Mn 3O 4)、二氧化鈦(TiO 2)、二氧化鈰(CeO 2)四氧化三鈷(Co 3O 4)、二氧化鋯(ZrO 2)、三氧化二鐵(Fe 2O 3)、氧化釩(VO x)、四氧化三鐵(Fe 3O 4)或二氧化釕(RuO 2)。所述過渡金屬硫化物可為二硫化鉬(MoS 2)、二硫化鈦(TiS 2)、硫化鎳(NiS)、硫化鈷(CoS)或鎳鈷硫化物(NiCo 2S 4)等。所述過渡金屬碳化物可為二維過渡金屬碳化物(MXene)或碳化鉬(MoC)。所述陰離子聚合物可為NaTi 2(PO 4) 3、Na 3V 2(PO 4) 3或FePO 4。所述普魯士藍類似物可為MFe(CN) 6，其中M為鐵、鈷、鎳或銅。所述有機電極材料可為聚噻吩(Polythiophene)、聚(3,4-乙烯基二氧噻吩) (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene))、聚酰亞胺 [N,N'-(乙烷-1,2-二基)-1,4,5,8-萘四甲酰亞胺](Poly[N,N′-(ethane-1,2-diyl)-1,4,5,8-naphthalenetetracarboxiimide])、聚吡咯(Polypyrrole)或聚苯胺(Polyaniline)等導電高分子。所述金屬有機化合物可為二茂鐵衍生物(Ferrocene)或金屬有機框架材料(Metal-Organic Framework)。特別說明的是，本發明並不以此揭示內容為限。
負極電活性材料132可為金屬、有機電極材料、金屬有機化合物、過渡金屬碳化物、上述材料構成之複合物或上述材料與導電性碳材料構成之複合物。再進一步地說，所述金屬可為鉍、汞或銀。所述有機電極材料可為聚吡咯、聚噻吩、聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)、聚苯胺或2,2,6,6-四甲基哌啶基氧基甲基丙烯酸酯PTMA(poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy methacrylate))。所述金屬有機化合物可為二茂鐵衍生物或金屬有機框架材料。所述過渡金屬碳化物可為二維過渡金屬碳化物或碳化鉬。特別說明的是，本發明並不以此揭示內容為限。
電活性材料130對於欲處理離子可具有離子選擇性，進而可提升無隔膜去離子與離子濃縮裝置100的處理效率。舉例來說，電活性材料130為普魯士藍類似物NiFe(CN) 6時，對於鈉離子具有選擇性。另外，在第2圖實施例中，正極電活性材料131可為二氧化錳，負極電活性材料132可為聚吡咯，無隔膜去離子與離子濃縮裝置100可對鎂離子及鈣離子具有選擇性。利用電活性材料130對於特定物質具有離子選擇性的特性，使用者可根據帶電物質的種類配置不同種類的電活性材料130，進而可增加本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置100應用的廣度。特別說明的是，本發明並不以此揭示內容為限。
當外部電源200施加電壓於集電板120時，其中一集電板120形成正極，並吸附帶負電的物質(例如氯離子)或是排出帶正電的物質(例如鈉離子、鈣離子或鎂離子)，另一集電板120形成負極，並吸附或排出帶相反電性的物質，達到去除或濃縮液體中帶電物質的效果。另一方面，藉由短路或反向電壓使電極再生，並將帶電物質脫附或濃縮於電極，進而可獲得離子濃縮或去除的效果。
如前所述，透過電活性材料130具有高電吸附容量，且具有選擇性，並搭配微流道110與液體之間高面積比的特性，藉此，可有效地提升本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置100的去離子(脫鹽)或濃縮效率。因此，本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置100可不必配置隔膜，再進一步地說，本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置100可不包含陰陽離子交換膜，即可擁有相當高的去離子及離子濃縮效率。藉由無隔膜的結構配置，可解決膜積垢與老化及膜維護成本高、操作複雜的問題，進而可有效地降低去離子與離子濃縮操作上的能耗，並減少其成本。另外，電活性材料130具有離子選擇性，其可根據不同帶電物質的種類配置不同種類的材料，藉此可增加本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置100應用的彈性及廣度。
請參照第3圖，其繪示本發明一實施方式之另一實施例之無隔膜去離子與離子濃縮裝置300的結構示意圖。無隔膜去離子與離子濃縮裝置300包含微流道310、二集電板320、電活性材料330及電雙層電極材料340，其中第3圖之微流道310、二集電板320及電活性材料330的配置細節與第2圖之微流道110、二集電板120及電活性材料130相似，相同之處在此不另外贅述。
特別的是，無隔膜去離子與離子濃縮裝置300可更包含電雙層電極材料340。在第3圖中，電活性材料330披覆於其中一集電板320，電雙層電極材料340披覆於另一集電板320。藉此，使用者可根據欲處理之離子的特性披覆不同的材料，欲處理之液體流經微流道310因而構成混成型、非對稱型及對稱型去離子或離子濃縮裝置，使本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置300的應用更為廣泛。
請參閱第4圖，其繪示本發明另一實施方式之一實施例之去離子與離子濃縮模組400的使用示意圖。去離子與離子濃縮模組400電性連接外部電源200，且包含複數個無隔膜去離子與離子濃縮裝置100。特別說明的是，第4圖實施方式係以配置無隔膜去離子與離子濃縮裝置100為例，使用者可依據需求配置無隔膜去離子與離子濃縮裝置300，本發明並不以此揭示內容為限。
在第4圖中，無隔膜去離子與離子濃縮裝置100以串聯方式連接。仔細地說，去離子與離子濃縮模組400透過管線430與樣品槽410、幫浦420及產物槽440連接。樣品槽410存放欲處理之液體，幫浦420將樣品槽410中的液體輸送至去離子與離子濃縮模組400，並依序經過各無隔膜去離子與離子濃縮裝置100，以進行去離子或濃縮處理，最終獲得產物，並蒐集存放於產物槽440。
在第4圖中，各無隔膜去離子與離子濃縮裝置100可配置相同或不同的電活性材料。當各無隔膜去離子與離子濃縮裝置100的正負極各自配置為相同電活性材料時，可大幅地增加去離子與離子濃縮模組400去離子及濃縮的效果，並可獲得純度極高的產物。另外，當各無隔膜去離子與離子濃縮裝置100的正負極各自配置為不同電活性材料時，各無隔膜去離子與離子濃縮裝置100可處理不同帶電物質，並可獲得純淨度極高的純水。
請參閱第5圖，其繪示本發明另一實施方式之另一實施例之去離子與離子濃縮模組500的使用示意圖。去離子與離子濃縮模組500電性連接外部電源200，且包含複數個無隔膜去離子與離子濃縮裝置100。特別的是，無隔膜去離子與離子濃縮裝置100以並聯方式連接。
仔細地說，如第5圖所示，去離子與離子濃縮模組500透過管線530與樣品槽510、幫浦520、第一轉接件541、第二轉接件542及產物槽550連接。樣品槽510存放欲處理之液體，幫浦520將樣品槽510中的液體輸送至第一轉接件541，第一轉接件541將液體分配至各無隔膜去離子與離子濃縮裝置100，各無隔膜去離子與離子濃縮裝置100分別進行去離子或濃縮處理，並分別產出產物，由第二轉接件542蒐集產物後存放於產物槽550。
在第5圖中，各無隔膜去離子與離子濃縮裝置100可配置相同或不同的電活性材料。當各無隔膜去離子與離子濃縮裝置100的正負極各自配置為相同電活性材料時，去離子與離子濃縮模組500可增加去離子及濃縮的處理量。另外，當各無隔膜去離子與離子濃縮裝置100的正負極各自配置為不同電活性材料時，進而可控制產物中各離子的濃度。
根據第4圖與第5圖的說明，去離子與離子濃縮模組400以及去離子與離子濃縮模組500的串聯及並聯個數可以依欲操作之目標濃度範圍與目標處理量進行調整。另外，無隔膜去離子與離子濃縮裝置100更可同時以串聯方式與並聯方式相互連接。也就是說，串聯的去離子與離子濃縮模組400亦可與並聯的去離子與離子濃縮模組500自由進行串聯及並聯，使本發明之無隔膜去離子與離子濃縮模組的可應用性與彈性更為廣泛。
＜實施例＞
為了更具體地說明本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置的效果，以下提出實施例1、實施例2及實施例3進行說明。詳細而言，在實施例1之無隔膜去離子與離子濃縮裝置中，其正極電活性材料為二氧化錳，負極電活性材料為聚吡咯；在實施例2之無隔膜去離子與離子濃縮裝置中，其正極電活性材料為普魯士藍類似物，負極電活性材料為聚吡咯；在實施例3之無隔膜去離子與離子濃縮裝置中，其正極電活性材料為二氧化錳，負極電活性材料為活性碳。
請配合參照第6圖，其為本發明之實施例1與一般去離子裝置的去除率比較結果圖。在第1圖中，縱軸的移除率(%)為去除鹽分(氯化鈉)的百分比(salt removal percentage, SRP)，橫軸為實驗樣品中鹽分的濃度。另外，一般去離子裝置指的是電極相距0.5公分或更遠距離(macro-leveled)的循環去離子系統。由第6圖的結果可知，實施例1與一般去離子裝置在去除鹽分的效率差異極大，實施例1相較於一般去離子裝置具有極高的脫鹽效率。此外，鹽分濃度從8 mM(相當於半鹹水或鹽化地下水的濃度)增加至600 mM(相當於海水濃度)，實施例1皆可有效脫除鹽分。藉此，本發明之去離子與離子濃縮裝置可以處理各種濃度的半鹹水並可直接應用於海水淡化。
請參照第7圖及第8圖，第7圖為本發明之實施例1對不同濃度的半鹹水之去除能力對應流量的關係圖，第8圖為本發明之實施例1之去除能力對應時間的關係圖。在第7圖及第8圖中，係針對含有不同鹽分濃度的液體進行去離子，其分別為8 mM、40 mM、200 mM及600 mM，並記錄其相關數據。在第7圖中，縱軸為單一裝置除鹽能力(cell salt removal capacity, SRC)，在第8圖中，縱軸為單一裝置之除鹽速率(salt removal rate, SRR)，由第7圖及第8圖的結果可得知無隔膜去離子與離子濃縮裝置整體的處理效能。
如第7圖所示，對於各種鹽分濃度的液體，實施例1皆可有效去除其中的鹽分，且鹽分的去除量與液體中鹽分的濃度呈正相關。藉此，本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置可以處理各種濃度的半鹹水並可直接應用於海水淡化。如第8圖所示，實施例1具有極高的除鹽速率，其速率與液體中的鹽份濃度呈正相關。藉此，本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置在進行水中離子去除時，能大幅降低處理時間，提高處理效率。
請參照第9圖，其為本發明之實施例1對不同帶電物質的去除能力的關係圖。在第9圖中，係分別針對含有不同帶電物質的液體進行去離子，並以不同流量的液體進行實驗。如第9圖所示，在不同流量下，實施例1皆可有效地去除多種帶電物質，藉此，本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置可以處理各種情況的液體，使其應用可更為廣泛。
請參照第10圖，其為本發明之實施例1用於海水及鹽化地下水的實驗結果圖，特別說明的是，在第10圖中，係取用真實海水及鹽化地下水進行去離子測試。如第10圖所示，在實測的結果中，實施例1確實可有效地淡化海水及鹽化地下水的鹽分，藉此，本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置可被直接應用在海水淡化領域。
請參照第11圖，其為本發明之實施例1之去除能力與濃縮能力對應時間的關係圖。詳細而言，在第11圖中，對含有不同鹽分濃度的液體進行實驗，且分別進行充電及放電反應，使集電板分別進行離子吸附及離子脫附。由第11圖的結果可知，實施例1不論是在離子吸附或離子脫附皆表現出相當高的效率，也就是說，本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置在去離子或離子濃縮皆具有極佳的處理效能，且可被應用在各濃度的液體。
請參照第12圖，其為本發明之實施例1之離子選擇性對應時間的關係圖。具體而言，在第12圖中，縱軸表示離子選擇性，並以下列公式計算得出：
Figure 02_image001
。 由第12圖的結果可知，實施例1對於鎂離子及鈣離子具有較佳的選擇性。藉此，藉由電活性材料的設置及選用，本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置可處理特定的帶電物質，進而可增加其應用的廣度。
請參照第13圖，其為本發明之實施例2之去除能力與去除率對應時間的關係圖。由第13圖可得知，實施例2同樣具有良好的離子去除能力，並且有很高的離子去除率。實施例2證明了不同電活性材料應用本發明後能實現良好的去除能力，進一步增加本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置的應用性。
請參照第14圖，其為本發明之實施例3之去除能力對應時間的循環次數圖。在實施例3中，僅正極材料使用電活性材料，負極為活性碳。由第14圖可得知，利用此單一電活性材料之組成搭配微流道技術，仍可保有良好之脫鹽能力，增加其在應用上的廣泛度以及彈性。
綜合以上所述，藉由電活性材料具有高電吸附容量，並搭配微流道與液體之間高面積比的特性，可有效地提升本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置處理帶電物質的效能，並可被直接應用在海水淡化的領域。另外，藉由上述配置，本發明之無隔膜去離子與離子濃縮裝置可達到無隔膜的結構配置，可解決膜積垢與老化及膜維護成本高、操作複雜的問題，且可有效降低其成本及能耗。再者，藉由無隔膜的結構配置，由於不受到隔膜的結構限制，可有助於無隔膜去離子與離子濃縮裝置模組化，複數個無隔膜去離子與離子濃縮裝置可任意地相互連接，藉此，可增加無隔膜去離子與離子濃縮模組組裝的方便性，有助於擴展處理去離子與離子濃縮的流體量、濃度範圍與離子選擇性，並使其應用可更為彈性且廣泛。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100,300:無隔膜去離子與離子濃縮裝置 110,310:微流道 120,320:集電板 130,330:電活性材料 131:正極電活性材料 132:負極電活性材料 200:外部電源 340:電雙層電極材料 400,500:去離子與離子濃縮模組 410,510:樣品槽 420,520:幫浦 430,530:管線 440,550:產物槽 541:第一轉接件 542:第二轉接件
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖繪示本發明一實施方式之一實施例之無隔膜去離子與離子濃縮裝置的立體示意圖； 第2圖繪示依照第1圖實施方式的無隔膜去離子與離子濃縮裝置的結構示意圖； 第3圖繪示本發明一實施方式之另一實施例之無隔膜去離子與離子濃縮裝置的結構示意圖； 第4圖繪示本發明另一實施方式之一實施例之去離子與離子濃縮模組的使用示意圖； 第5圖繪示本發明另一實施方式之另一實施例之去離子與離子濃縮模組的使用示意圖； 第6圖為本發明之實施例1與一般去離子裝置的去除率比較結果圖； 第7圖為本發明之實施例1對不同濃度的半鹹水之去除能力對應流量的關係圖； 第8圖為本發明之實施例1之去除能力對應時間的關係圖； 第9圖為本發明之實施例1對不同帶電物質的去除能力的關係圖； 第10圖為本發明之實施例1用於海水及鹽化地下水的實驗結果圖； 第11圖為本發明之實施例1之去除能力與濃縮能力對應時間的關係圖； 第12圖為本發明之實施例1之離子選擇性對應時間的關係圖； 第13圖為本發明之實施例2之去除能力與去除率對應時間的關係圖；以及 第14圖為本發明之實施例3之去除能力對應時間的循環次數圖。
100:無隔膜去離子與離子濃縮裝置
110:微流道
120:集電板
130:電活性材料
131:正極電活性材料
132:負極電活性材料
200:外部電源

Claims (12)

  1. 一種無隔膜去離子與離子濃縮裝置，連接一外部電源，包含：一微流道；二集電板，該微流道設置於該二集電板之間，該外部電源向該二集電板施加一電壓；以及一電活性材料，至少披覆於該二集電板之其中一者，該電活性材料具有可逆的氧化還原能力，且該電活性材料為一偽電容型電極材料(pseudo-capacitive-type)或一電池型電極材料(battery-type)。
  2. 如請求項1所述之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中該微流道之寬度為1μm至300μm。
  3. 如請求項1所述之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中該電活性材料的質量為0.5mg/cm2至25mg/cm2。
  4. 如請求項1所述之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中更包含一電雙層電極材料，該電活性材料披覆於其中一該集電板，該電雙層電極材料披覆於另一該集電板。
  5. 如請求項1所述之無隔膜去離子與離子濃縮 裝置，其中該電活性材料包含正極電活性材料，其披覆其中一該集電板，當該外部電源施加該電壓於該一集電板，該一集電板形成一正極，該正極電活性材料為金屬、合金、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬碳化物、陰離子聚合物、普魯士藍類似物、有機電極材料、金屬有機化合物、聚甲醛、上述材料構成之複合物或上述材料與導電性碳材料構成之複合物。
  6. 如請求項1所述之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中該電活性材料包含負極電活性材料，其披覆其中一集電板，當該外部電源施加該電壓於該一集電板，該一集電板形成一負極，該負極電活性材料為金屬、有機電極材料、金屬有機化合物、過渡金屬碳化物、上述材料構成之複合物或上述材料與導電性碳材料構成之複合物。
  7. 如請求項1所述之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其中該電活性材料對於一欲處理離子具有離子選擇性。
  8. 如請求項1所述之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，其不包含一陰陽離子交換膜。
  9. 一種無隔膜去離子與離子濃縮模組，連接一外部電源，包含： 複數個如請求項1至8任一項所述之無隔膜去離子與離子濃縮裝置，該些無隔膜去離子與離子濃縮裝置相互連接。
  10. 如請求項9所述之無隔膜去離子與離子濃縮模組，其中該些無隔膜去離子與離子濃縮裝置以並聯方式相互連接。
  11. 如請求項9所述之無隔膜去離子與離子濃縮模組，其中該些無隔膜去離子與離子濃縮裝置以串聯方式相互連接。
  12. 如請求項9所述之無隔膜去離子與離子濃縮模組，其中該些無隔膜去離子與離子濃縮裝置同時以串聯方式與並聯方式相互連接。
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CN106587286A (zh) * 2016-12-19 2017-04-26 复旦大学 一种基于微流控沟道系统的海水净化装置及其制备方法
CN108285195A (zh) * 2018-01-10 2018-07-17 大连理工大学 碳气凝胶负载二氧化锰的电极材料的制备及应用

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