一种利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法及其应用。该方法为通过除盐流体电池装置进行除盐；其中，除盐流体电池装置以正负极活性液流材料为流体电池的正负极，以盐溶液为流体电池的电解液；该除盐流体电池装置还包括隔离装置，用于将盐溶液和正负极活性液流材料隔离开来；以及包括阴离子交换膜和阳离子交换膜。本发明专利技术除盐流体电池装置的流体电极除盐工作电压低，能耗极小，比容量高、循环性能好，且正负极材料可以重复使用，这样可以达到真正的除盐目的。本发明专利技术的方法是一种低能耗的、可以连续进行电化学氧化还原反应的、环境友好的新型海水淡化技术，可以用来解决淡水资源供应不足的问题。

A method of continuous low energy consumption desalting using fluid cell redox reaction and its application

The invention discloses a method for continuous low energy consumption desalination by using the oxidation-reduction reaction of a fluid battery and its application. The desalination fluid battery device uses positive and negative active liquid flow material as the positive and negative electrode of the fluid battery and salt solution as the electrolyte of the fluid battery; the desalination fluid battery device also includes an isolation device for separating the salt solution from the positive and negative active liquid flow material. And the anion exchange membrane and cation exchange membrane. The liquid electrode of the desalting fluid battery device of the invention has the advantages of low working voltage, minimal energy consumption, high specific capacity and good cycling performance, and the positive and negative electrode materials can be reused so as to achieve the real desalting purpose. The method of the present invention is a low energy consumption, environmentally friendly new seawater desalination technology which can continuously carry out electrochemical oxidation-reduction reaction, and can be used to solve the problem of shortage of fresh water resources.

【技术实现步骤摘要】
一种利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法及其应用
本专利技术属于除盐
，特别涉及一种利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法及其应用。
技术介绍
随着世界人口的持续增长和经济社会的快速发展，全球水资源危机不断加剧，世界上许多地区面临着淡水资源短缺问题，海水淡化在解决全球性缺水问题中发挥着越来越重要的作用。海水淡化是沿海国家解决水资源短缺、保护生态环境、促进经济社会可持续发展的重要举措。世界上常用的淡水来源除河流外，主要有地下水、远程调水和海水淡化三种。其中，海水淡化作为水资源供给的一种重要途径得到广泛认可，目前应用范围较广的海水淡化方法有反渗透膜法、蒸馏法和电渗析法。蒸馏法海水淡化目前应用比较普遍，但能耗高，无法大规模生产，而且蒸馏法无法完全分离水和无机盐；反渗透膜法已比较成熟，具有工艺简单、除盐率高、制水成本低、操作方便、不污染环境等主要优点，但存在对水质要求较严格、需对原水进行预处理等缺点；电渗析过程工艺简单，除盐率高，操作方便。但是水回收率低，而且对不带电荷的物质如有机物、胶体、微生物、悬浮物等无脱除能力。以上这三种海水淡化方法仍然存在一定的局限性，不能满足大规模海水淡化的需求。综上所述，以上三种海水淡化方法都存在一定的局限性，因此，提供一种低能耗的、可以连续进行电化学氧化还原反应的、环境友好的新型海水淡化技术来解决淡水资源供应不足的问题具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法。本专利技术的另一目的在于提供所述利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法，为通过除盐流体电池装置进行除盐；其中，除盐流体电池装置以正负极活性液流材料为流体电池的正负极，以盐溶液为流体电池的电解液(中间流体电解液)；所述的正负极活性液流材料优选为Ag/AgCl混合溶液，Na0.44MnO2混合溶液，Bi/BiOCl，Sb/SbOCl，K0.27MnO2，Na2FeP2O7，V2O5，Na3V2(PO4)3，Na2V6O16，NaTi2(PO4)3，PTVE(聚四氟乙烯)，PBA(聚丙烯酸丁酯)，Na2C8H4O4，PVAQ(聚乙烯醇)，Na0.44[Mn1-xTix]O2，Bi，BiF3，Pb，PbF2，哌啶类无机物和联吡啶鎓盐中的一种以上；更优选为Ag/AgCl混合溶液。所述的哌啶类无机物包括2-羟基嘧啶等。所述的联吡啶鎓盐包括4'-联吡啶鎓盐二氯化物等。所述的正负极活性液流材料还包括辅助导电添加剂，为碳纳米管，石墨烯，活性炭和炭黑中的一种以上。所述的Ag/AgCl混合溶液优选为通过如下方法制备得到：将Ag颗粒、AgCl颗粒和活性炭加入到去离子水中，然后将获得混合溶液进行球磨，得到Ag/AgCl混合溶液。所述的Ag颗粒和AgCl颗粒的摩尔比为1:1。所述的活性炭与Ag/AgCl总质量比为3:7，其中，Ag/AgCl总质量为Ag颗粒和AgCl颗粒的总质量。所述的活性炭的用量按每毫升(ml)的去离子水配比0.045～0.07g活性炭计算。所述的球磨的条件为：2000～3000r球磨5～10h；优选为：2500r球磨5～10h。所述的Ag颗粒优选为通过如下方法制备得到：(1)将羧化碳纳米管加入到去离子水中，超声使其分散均匀，得到混合溶液A；(2)将AgNO3加入到步骤(1)的混合溶液A中，搅拌使其混合均匀，得到混合溶液B；(3)将NaBH4溶液滴加到步骤(2)的混合溶液B中，滴加结束后继续搅拌使其混合均匀，离心、漂洗，得到Ag颗粒。步骤(1)中所述的超声的条件优选为：3000W超声10～40min。步骤(1)中所述的羧化碳纳米管的用量优选为按每100ml去离子水配比0.01～0.03g羧化碳纳米管计算。步骤(2)中所述的AgNO3与所述羧化碳纳米管的质量比为1.7～3.4：0.01～0.03。步骤(2)和(3)中所述的搅拌条件为：400～2000r/min搅拌0.5～2h；优选为：1500r/min搅拌0.5～1h。步骤(3)中所述的NaBH4溶液的浓度优选为0.8～1.2mol/L。步骤(3)中所述的NaBH4溶液中NaBH4与所述羧化碳纳米管的质量比为12～18：0.01～0.03。步骤(3)中所述的滴加优选为采用蠕动泵进行滴加，其速率为1～3rpm；优选为：1～1.5rpm。步骤(3)中所述的离心的条件优选为：8000r离心15min。步骤(3)中所述的漂洗优选为采用去离子水和酒精进行漂洗。所述的AgCl颗粒优选为通过如下方法制备得到：(I)将羧化碳纳米管加入到去离子水中，超声使其分散均匀，得到混合溶液D；(II)将AgNO3加入到步骤(I)的混合溶液D中，搅拌使其混合均匀，得到混合溶液E；(III)将NaCl溶液滴加到步骤(II)的混合溶液E中，滴加结束后继续搅拌使其混合均匀，离心、漂洗，得到AgCl颗粒。步骤(I)中所述的超声的条件优选为：3000W超声10～40min。步骤(I)中所述的羧化碳纳米管的用量优选为按每100ml去离子水配比0.01～0.03g羧化碳纳米管计算。步骤(II)中所述的AgNO3与所述羧化碳纳米管的质量比为1.7～3.4：0.01～0.03。步骤(II)和步骤(III)中所述的搅拌条件为：400～2000r/min搅拌0.5～2h；优选为：1500r/min搅拌0.5～1h。步骤(III)中所述的NaCl溶液的浓度优选为0.8～1.2mol/L。步骤(III)中所述的NaCl溶液中NaCl与所述羧化碳纳米管的质量比为5.6～12.6：0.01～0.03。步骤(III)中所述的离心的条件优选为：8000r离心15min。步骤(III)中所述的漂洗优选为采用去离子水和酒精进行漂洗。步骤(III)中所述的滴加优选为采用蠕动泵进行滴加，其速率为1～3rpm；优选为：1～1.5rpm。所述的盐溶液为NaCl溶液、NaF溶液、生活用水预处理、工业污水、海水以及其他含有有毒离子的溶液(如含有铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银、汞、铅、镉等金属离子)；更优选为10～30g/L的NaCl溶液；最优选为20～25g/L的NaCl溶液。所述的NaCl优选为纯度99.99％的NaCl。所述的除盐流体电池装置还包括用于将盐溶液和正负极活性液流材料隔离开的隔离装置；以正负极活性液流材料为Ag/AgCl混合溶液为例，是指在充电过程中电解液中的NaCl通过阴、阳离子交换膜到达正负极活性材料为Ag/AgCl混合溶液，电解液中NaCl浓度逐渐降低，正负极活性液流材料中的NaCl浓度逐渐升高；此时用隔离装置将正负极活性液流材料中的NaCl溶液隔离出来，而干净的水从另一端流出，正负极材料也可以重复使用，这样可以达到真正的除盐目的。所述的除盐流体电池装置还包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，阴离子交换膜只允许负离子通过，阳离子交换膜只允许正离子通过。所述的阴离子交换膜优选为含有季胺基的阴离子交换膜。所述的阳离子交换膜优选为含有磺酸基的阳离子交换膜。所述的除盐流体电池装置优选为通过如下方法制备得到：按照流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法，其特征在于，为通过除盐流体电池装置进行除盐；其中，除盐流体电池装置以正负极活性液流材料为流体电池的正负极，以盐溶液为流体电池的电解液；所述的正负极活性液流材料为Ag/AgCl混合溶液，Na0.44MnO2混合溶液，Bi/BiOCl，Sb/SbOCl，K0.27MnO2，Na2FeP2O7，V2O5，Na3V2(PO4)3，Na2V6O16，NaTi2(PO4)3，聚四氟乙烯，聚丙烯酸丁酯，Na2C8H4O4，聚乙烯醇，Na0.44[Mn1‑xTix]O2，BiF3，Pb，PbF2，哌啶类无机物和联吡啶鎓盐中的一种以上。

【技术特征摘要】
1.一种利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法，其特征在于，为通过除盐流体电池装置进行除盐；其中，除盐流体电池装置以正负极活性液流材料为流体电池的正负极，以盐溶液为流体电池的电解液；所述的正负极活性液流材料为Ag/AgCl混合溶液，Na0.44MnO2混合溶液，Bi/BiOCl，Sb/SbOCl，K0.27MnO2，Na2FeP2O7，V2O5，Na3V2(PO4)3，Na2V6O16，NaTi2(PO4)3，聚四氟乙烯，聚丙烯酸丁酯，Na2C8H4O4，聚乙烯醇，Na0.44[Mn1-xTix]O2，BiF3，Pb，PbF2，哌啶类无机物和联吡啶鎓盐中的一种以上。2.根据权利要求1所述的利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法，其特征在于：所述的正负极活性液流材料还包括辅助导电添加剂，为碳纳米管，石墨烯，活性炭和炭黑中的一种以上。3.根据权利要求1所述的利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法，其特征在于：所述的除盐流体电池装置还包括用于将盐溶液和正负极活性液流材料隔离开的隔离装置。4.根据权利要求1所述的利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法，其特征在于：所述的盐溶液为NaCl溶液、NaF溶液、生活用水预处理、工业污水、海水或含有有毒离子的溶液。5.根据权利要求1所述的利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法，其特征在于：所述的正负极活性液流材料与盐溶液的体积比为1：0.1～280。6.根据权利要求1所述的利用流体电池氧化还原反应进行连续低耗能除盐的方法，其特征在于，所述的Ag/AgCl混合溶液通过如下方法制备得到：将Ag颗粒、AgCl颗粒和活性炭加入到去离子水中，然后将获得混合溶液进行球磨，得到Ag/AgCl混合溶液；所述的Ag颗粒和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈福明，胡晓乔，侯贤华，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44