一种利用混合流体电极材料实现超低能耗连续除盐的方法技术

本发明专利技术属于电化学除盐的技术领域，提供了一种利用混合流体电极材料实现超低能耗连续除盐的方法，采用除盐流体电池装置实现除盐，电池装置的正负极均为混合流体电极材料溶液，所述混合流体电极材料由具有氧化特性的流体电极材料与具有还原特性的流体电极材料混合而成，两种流体电极材料属于同一个氧化还原电对或处于相邻电势的氧化还原电对。该电池装置的正负极两侧活性材料得失电子的过程中活性物质总量不会改变，盐溶液中的阴阳离子在电场的作用下发生定向迁移实现连续地除盐，该除盐方法实现了超低能耗除盐，除盐效率高，无副反应发生，与其它除盐方式相比操作更加简单、成本低廉、绿色环保、稳定性好，在海水淡化方面具有非常好的应用价值。

A method of ultra-low energy consumption continuous desalting using mixed fluid electrode materials

The invention belongs to the technical field of electrochemical desalting, and provides a method for realizing ultra-low energy consumption continuous desalting by using mixed fluid electrode materials. The desalting fluid battery device is used for desalting. The positive and negative poles of the battery device are mixed fluid electrode material solutions. The mixed fluid electrode materials are composed of fluid electrode materials with oxidation characteristics and fluid electricity with reduction characteristics Two kinds of fluid electrode materials belong to the same redox electric pair or the redox electric pair in the adjacent electric potential. The total amount of active substances will not change in the process of gaining and losing electrons of active materials on both sides of the positive and negative electrodes of the battery device, and the anion and cation in the salt solution will undergo directional migration under the action of electric field to realize continuous desalination. The desalination method realizes ultra-low energy consumption desalination, high efficiency of desalination and no side reactions. Compared with other desalination methods, the operation is simpler, low cost and green ring It has a very good application value in desalination.

【技术实现步骤摘要】
一种利用混合流体电极材料实现超低能耗连续除盐的方法
本专利技术属于电化学除盐的
，具体涉及一种利用混合流体电极材料实现超低能耗连续除盐的方法。
技术介绍
进入21世纪，随着全世界人口的不断增多，经济社会的不断发展，人们对于淡水资源的需求也越来越大，对于中东、非洲以及一些内陆的沙漠地区来说更是如此。解决淡水资源危机的主要途径包括海水淡化以及污水的有效处理与回收。目前比较成熟的技术有热蒸发、反渗透、电渗析以及电容去离子化等。热蒸发法作为最早使用的一种海水淡化方法，具有操作简单、设备要求低的特点，但蒸发过程中需要提供大量的热，使得能耗很高；反渗透法是目前普遍使用的一种除盐方法，除盐率高，成本相对较低，但使用的分离膜对水质要求很高，容易被污染；电渗析法利用电场驱动阴阳离子定向迁移来实现除盐，但在正负极处不可避免会有析氢吸氧的副反应产生，影响除盐效率且成本较高；电容去离子技术作为最近这些年迅速兴起的除盐技术，是利用碳材料的法拉第过程实现对海水中盐分的有效吸附，但除盐容量相对有限，且对电极材料的性能要求较高。综上所述，这些方法虽然成熟，但不可避免地面临高能耗、高成本以及低容量的问题。
技术实现思路
针对以上问题，提供一种低能耗、除盐连续且环境友好的新型除盐技术将对缓解水资源短缺问题具有重要的意义，本专利技术的目的在于提供一种利用具有氧化特性和还原特性的混合流体电极材料实现超低能耗连续除盐的方法。本专利技术的
技术实现思路
如下：本专利技术提供了一种利用混合流体电极材料实现超低能耗连续除盐的方法，其采用除盐流体电池装置实现除盐，电池装置的正负极均为混合流体电极材料溶液；所述混合流体电极材料由具有氧化特性的流体电极材料与具有还原特性的流体电极材料混合而成，两种流体电极材料属于同一个氧化还原电对或处于相邻电势的氧化还原电对。除盐流体电池装置的正负极通过塑料软管相连；该装置的中间电解液为盐溶液；混合电极材料溶液中的活性物质在正负极发生电化学氧化还原反应，盐溶液中的阴阳离子为实现电荷平衡，会穿过阴阳离子膜定向迁移，达到除盐的目的；所述的流体电极材料的其中一种A材料包括铁氰化钾、TEMPO(四甲基哌啶氮氧化物)、甲基紫精(MVCl2)、I-、V3+、VO2+、Cu2+、Zn2+、二磺酸盐、蒽醌、蒽醌-2,7-磺酸钠(2,7-ADQS)、2,6-二羟基-蒽醌(2,6-DHAQ)、以羧基为端基的烷基链修饰过的2,6-二羟基-蒽醌(2,6-DBEAQ)、咯嗪、羧酸、二(3-三甲氨基)丙基紫精四氯化物(BTMAP-Vi)、二((3-三甲氨基)丙基)二茂铁二氯(BTMAP-Fc)、苯醌、2,5-二羟基-1,4-苯醌(1,4-DHBQ)以及塑胶醌的一种；所述流体电极材料的另一种B材料包括所使用A材料的氧化还原产物、用小分子链修饰A材料的产物、用高分子链修饰A材料的产物中的一种，所述小分子链包括烷基链、高分子链包括CNT、GO以及RGO；所述混合流体电极材料的制备方法如下：将所述的A材料和B材料混合，用去离子水溶解后超声搅拌，配置成混合溶液，混合溶液的浓度为10-5～10mol/L，A材料和B材料的混合比例为1:X(0.01＜X＜100)，优选1:1，混合流体电极材料溶液在使用前一直通氮气进行保护；所述盐溶液包括NaCl溶液、未经处理的海水、重金属污水、有色无机燃料废液，盐溶液浓度为0.01～1000g/L；所述混合流体电极材料溶液与盐溶液的体积比为1:X(0.01＜X＜30000)；所述混合流体电极材料溶液还包括导电添加剂，所述导电添加剂包括NaCl、NaBr、NaI、MgCl2、MgBr2、Na2SO4、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种，混合流体电极材料与导电添加剂的摩尔比为1：X(0<X<200)；所述流体电池装置包括正极流体电极材料溶液槽、负极流体电极材料溶液槽、盐水槽、阴离子交换膜、阳离子交换膜、电流收集器、塑料软管、正极和负极活性溶液、盐溶液；所述阴离子交换膜和阳离子交换膜交替放置在盐水溶液的两侧，形成了高浓度和低浓度交替变化的一层、两层或多层盐水溶液；所述阴阳离子交换膜为离子交换树脂，可用导电多孔碳材料以及其它多孔材料替换；所述电流收集器包括非金属材料以及金属材料，所述非金属材料包括石墨纸、多孔泡沫碳、多孔碳纤维纸以及碳纤维布，所述金属材料包括惰性金属电极板以及惰性金属合金电极板，惰性金属包括铂和铱；所述流体电池装置的组装顺序可以分为以下几种方式：第一种：亚克力板#1、电流收集器、正极溶液槽、阳离子交换膜、盐水槽、阴离子交换膜、负极溶液槽、电流收集器、亚克力板#2；第二种：亚克力板#1、电流收集器、正极溶液槽、阳离子交换膜、盐水槽#1、阴离子交换膜、盐水槽#2、阳离子交换膜、负极溶液槽、电流收集器、亚克力板#2；第三种：亚克力板#1、电流收集器、正极溶液槽、阴离子交换膜、盐水槽#1、阳离子交换膜、盐水槽#2、阴离子交换膜、负极溶液槽、电流收集器、亚克力板#2；第四种：亚克力板#1、电流收集器、正极溶液槽、阴离子交换膜、盐水槽#1、阳离子交换膜、盐水槽#2、阴离子交换膜、盐水槽#3、阳离子交换膜、(盐水槽与阴阳离子膜交替出现)、负极溶液槽、电流收集器、亚克力板#2；所述流体电池装置的驱动电源包括恒定电流源、恒定电压源、外接太阳能电池板(含控制电路)、光电转换器件、其它形式的能量转换为电能等；恒定电流的充电电流密度为10-5～100A/cm2，恒定电压的电压范围为0～200V/cm2；所述流体电池装置的正极和负极混合流体电极材料溶液、盐溶液将通过蠕动泵分别泵入到正极和负极溶液槽、盐溶液槽中，泵的流量为1～100mL/min。该流体电池装置的工作原理为：利用混合流体电极材料间的氧化还原反应实现电化学连续超低能耗除盐，当充电电流通过时，混合流体电极材料溶液中具有氧化特性的活性材料在正极一侧得到电子转变为还原态，具有还原特性的活性材料在负极一侧是去电子转变为氧化态，在正负极两侧活性材料得失电子的过程中，整个混合流体电极溶液的活性物质总量不会改变，而盐溶液中的阴阳离子为了满足整个体系的电荷守恒，在电场的作用下发生定向迁移，可以实现连续地除盐。以铁氰化钾(K3Fe(CN)6)和亚铁氰化钾(K4Fe(CN)6)混合流体电极材料为例，当充电时，正极一侧发生的反应为Fe(CN)63-+e-→Fe(CN)64-，负极一侧发生的反应为Fe(CN)64-→Fe(CN)63-+e-，反应前后Fe(CN)63-与Fe(CN)64-的总量保持不变，而盐水溶液中的盐分将被不断地分离出去。本专利技术的利用混合流体电极材料实现电化学连续超低能耗除盐的方法可应用在海水淡化、城市生活污水处理、工业污水处理、有色无机染料废液处理领域。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的一种利用具有氧化特性和还原特性的混合流体电极材料实现超低能耗连续除盐的方法，该方法能够有效降低除盐的能耗，且可以实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用混合流体电极材料实现超低能耗连续除盐的方法，其特征在于，其采用除盐流体电池装置实现除盐，电池装置的正负极均为混合流体电极材料溶液；/n所述混合流体电极材料由具有氧化特性的流体电极材料与具有还原特性的流体电极材料混合而成，两种流体电极材料属于同一个氧化还原电对或处于相邻电势的氧化还原电对。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用混合流体电极材料实现超低能耗连续除盐的方法，其特征在于，其采用除盐流体电池装置实现除盐，电池装置的正负极均为混合流体电极材料溶液；
所述混合流体电极材料由具有氧化特性的流体电极材料与具有还原特性的流体电极材料混合而成，两种流体电极材料属于同一个氧化还原电对或处于相邻电势的氧化还原电对。


2.由权利要求1所述的实现超低能耗连续除盐的方法，其特征在于，所述混合流体电极材料的其中一种A材料包括铁氰化钾、四甲基哌啶氮氧化物、甲基紫精、I-、V3+、VO2+、Cu2+、Zn2+、二磺酸盐、蒽醌、蒽醌-2,7-磺酸钠、2,6-二羟基-蒽醌、以羧基为端基的烷基链修饰过的2,6-二羟基-蒽醌、咯嗪、羧酸、二(3-三甲氨基)丙基紫精四氯化物、二((3-三甲氨基)丙基)二茂铁二氯、苯醌、2,5-二羟基-1,4-苯醌以及塑胶醌的其中一种。


3.由权利要求2所述的实现超低能耗连续除盐的方法，其特征在于，所述流体电极材料的另一种B材料包括所使用A材料的氧化还原产物、用小分子链修饰A材料的产物、用高分子链修饰A材料的产物中的一种，所述小分子链包括烷基链、高分子链包括CNT、GO以及RGO。


4.由权利要求2或3所述的实现超低能耗连续除盐的方法，其特征在于，所述A材料和B材料按1:X的摩尔比进行混合，0.01<X<100，其混合溶液的浓度为10-5～10mol/L。


5.由权利要求1所述的实现超低能耗连续除盐的方法，其特征在于，所述混合流体电极材料溶液还包括导电添加剂，所述导电添加剂包括NaCl、NaBr、NaI、MgCl2、MgBr2、Na2SO4、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种，混合流体电极材料与导电添加剂的摩尔比为1：X，0<X<200。


6.由权利要求1所述的实现超低能耗连续除盐的方法，其特征在于，所...

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