用于将溶解有电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子装置和方法、和使用所述装置的设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于将溶解有至少一种电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子装置，该装置包括：至少一个处理通道(12)，具有配置成接收进料液体的进料入口和配置成排放去离子后的进料液体的进料出口，使得处理通道包括进料液体流(L)；一个或多个收集器通道(14、140、141、142)，配置成收集从进料液体中分离出的阴离子和阳离子；电解质出口(15)，配置成排放所收集的阴离子和阳离子；至少一个通道电极(131)、至少一个分离电极(132)和至少一个收集器电极(133)；其中通道电极和分离电极放置在处理通道的相对侧处，且其中分离电极和收集器电极放置在收集器通道的相对侧处；场发生器(13)，用于在通道电极与分离电极之间及在分离电极与收集器电极之间产生电场和/或磁场；其中，该场是可变的，并且产生从处理通道到收集器通道的离子流(I)，且离子流方向对于阴离子和阳离子相同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将溶解有电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子装置和方法、和使用所述装置的设备
本专利技术涉及用于将溶解有电解质的进料液体至少部分地去离子(deionize，去离子化)的去离子装置和方法，以及使用这样的装置的设备。
技术介绍
对于几种类型的溶解有电解质的液体，去离子技术是已知的。例如，反渗透是使用半透膜从液体溶剂(诸如水)中去除离子的已知纯化(purification，净化)技术。反渗透通过向溶剂施加压力而起作用，该压力克服了渗透压力并推动溶剂通过膜，所述膜对于待去除的电解质是不能渗透的。反渗透能去除许多不同的电解质，从而被广泛地使用。例如，为了对水进行淡化(desalination，脱盐)(即，部分去除所溶解的盐(诸如NaCl和KCl))，反渗透是主要技术。电容去离子或CDI是用于去除离子的另一种已知技术，该技术使用一组多孔电极，在被施加电压时该组多孔电极吸收离子。在图1中示意性地示出CDI工艺。多孔电极131、132位于通道的两侧，并且溶剂和电解质的溶液2(例如盐水)通过通道在它们之间流动。在步骤(A)期间，在电极131、132上施加DC电压，这将导致负离子3朝向正电极132迁移，而正离子4朝向负电极131迁移。由此在电极131、132表面处所形成的“离子双层(ionicdoublelayer)”从在所述电极之间流动的溶液中减除(deplete，除去)离子。因此，流出流具有例如盐的低离子浓度，并且该稀释流可以作为产物流在出口11处被收集，直到电极中离子完全饱和并且不能吸收更多离子为止。>一旦完全饱和，需要电极131、132的再生，如图1中的B所示。为了使电极再生，或是使电极短路或是使极性反转，这导致将所吸收的离子释放到溶液中。当离子被释放时，该装置产生具有比流入的溶剂更高的离子浓度的废物流或浓缩液。通过将该废物流转移到另一个出口15，可以防止废物流与在A中产生的产物流混合。然而，这种不可避免的再生导致效率损失。它还需要机械干预(即阀或开关)，所述机械干预使得产物流和废物流能够分别转移到不同的出口11、15。此外，再生可能需要大量时间(高达约50％)，在此期间中止去除过程。US201670130161[1]描述了一种用于从液体溶液中分离盐的设备，WO2006/039873[2]描述了一种用于海水淡化的设备，以及US2014/0374258[3]描述了一种用于淡化的系统。尽管有上述进步，但仍然需要更简单、更有效和更灵活以及更具成本效益的去离子装置。
技术实现思路
本专利技术如权利要求中所限定。本专利技术提供了如所附权利要求中所描述的装置、设备和方法。在从属权利要求中阐述了本专利技术的具体实施例。参考下面描述的实施例，本专利技术的这些和其他方面将变得明显并且得到阐明。本专利技术的第一方面涉及一种用于将溶解有至少一种电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子装置，该装置包括：-至少一个处理通道(12)，具有被配置成用于接收所述进料液体的进料入口和被配置成用于排放去离子后的进料液体的进料出口，使得所述处理通道包括进料液体流(L)；-一个或多个收集器通道(14、140、141、142)，被配置成用于收集从进料液体中分离出的阴离子和阳离子；-电解质出口(15)，被配置成用于排放所收集的阴离子和阳离子；-至少一个通道电极(131)、至少一个分离电极(132)和至少一个收集器电极(133)；其中通道电极和分离电极被放置在处理通道的相对侧处，并且其中分离电极和收集器电极被放置在收集器通道的相对侧处；-场发生器(13)，用于在通道电极与分离电极之间以及在分离电极与收集器电极之间产生电场和/或磁场；其中，所述场适用于产生从所述处理通道到所述收集器通道的离子流(I)，并且其中离子流方向对于阴离子和阳离子是相同的。在优选实施例中，场发生器产生电场，诸如电极之间的电位差或电压差。本专利技术的第二方面涉及根据第一方面的装置作为用于从液体中分离不同类型的电解质的电解质提取设备、或者作为用于海水的淡化设备、或者作为用于对受有毒或放射性电解质污染的液体进行净化的净化设备、或者作为用于从液体中回收金属的电解回收设备的用途。本专利技术的第三方面涉及一种用于将溶解有电解质的进料液体部分地去离子的方法，该方法包括以下步骤：-提供根据第一方面的装置；-在进料入口处接收进料液体；-使进料液体行进通过处理通道；-在处理通道中产生电场和/或磁场，由此沿离子流方向驱动电解质的阴离子和阳离子，该离子流方向与进料液体流动方向不同且对于阴离子和阳离子两者相同；-在收集器通道处收集阴离子和阳离子；-在进料出口处排放去离子后的进料液体；以及在电解质出口处排放所收集的阴离子和阳离子。附图说明将参考附图仅借助于示例来描述本专利技术的进一步细节、方案和实施例。在附图中，相同的附图标记用于标识相同或功能相似的元件。附图中的元件是为了简单和清晰而示出的，并且不一定是按比例绘制的。图1示出现有技术的电容去离子或CDI装置的示例的示意图。图2示出根据本专利技术的去离子装置的示例的示意图。图3示意性地示出适用于图2的示例的阶段和控制序列。图4示出去离子装置的另一个示例的分解立体图。图5示意性地示出适用于图2的示例的替代控制序列的作为时间的函数的电极电压的曲线图。图6-图9示出根据本专利技术的去离子装置的更多示例的示意图。图10示意性地示出其中使用根据本专利技术的去离子装置的设备的示例的立体图。图11示出实验结果。具体实施方式下面借助于附图描述本专利技术。本领域技术人员应当理解，在不同的附图中用相同的附图标记表示装置的相同特征或部件。附图标记列表可以在具体实施方式部分的末尾找到。在下文中，为了不混淆或分散本专利技术的教导，将不会以任何比理解和领会本专利技术的基本概念所需的程度更大的程度来解释细节。装置参考图2，其中所示的去离子装置1的示例可以用于将溶解有一种或多种电解质(示出了其离子3、4)的进料液体2至少部分地去离子。例如，可以将一种或多种类型的盐和/或酸和/或碱溶解在液体2中。溶液可以例如包括不同的电解质，诸如NaCl、KCl。去离子装置1包括进料入口10和稀释出口11。例如，当进料入口10与位于该入口上游的进料液体2的合适供应源相连时，可以在进料入口10处接收进料液体2。具有比进料液体2更低的电解质的离子3、4的浓度的稀释液体5可以在稀释出口11处被排放到例如位于稀释出口11下游的进一步处理设备(图1中未示出)。去离子装置1还包括处理通道12，该处理通道在进料液体2的液体流动方向L上的上游侧120处连接至进料入口10，并且在下游侧121处连接至稀释出口11。装置1包括在离子流方向上位于处理通道的下游的收集器14和场发生器13。电解质出口15连接至收集器14。在操作中，场发生器13在处理通道12中产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将溶解有至少一种电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子装置，所述装置包括：/n-至少一个处理通道(12)，具有被配置成用于接收所述进料液体的进料入口和被配置成用于排放去离子后的进料液体的进料出口，使得所述处理通道包括进料液体流(L)；/n-一个或多个收集器通道(14、140、141、142)，被配置成用于收集从所述进料液体中分离出的阴离子和阳离子；/n-电解质出口(15)，被配置成用于排放所收集的阴离子和阳离子；/n-至少一个通道电极(131)、至少一个分离电极(132)和至少一个收集器电极(133)；/n其中所述通道电极和所述分离电极被放置在所述处理通道的相对侧处，并且其中所述分离电极和所述收集器电极被放置在所述收集器通道的相对侧处；/n-场发生器(13)，用于在所述通道电极与所述分离电极之间以及在所述分离电极与所述收集器电极之间产生电场和/或磁场；/n其中，所述场适用于产生从所述处理通道到所述收集器通道的离子流(I)，并且其中离子流方向对于阴离子和阳离子是相同的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180321 NL 20206401.一种用于将溶解有至少一种电解质的进料液体至少部分地去离子的去离子装置，所述装置包括：
-至少一个处理通道(12)，具有被配置成用于接收所述进料液体的进料入口和被配置成用于排放去离子后的进料液体的进料出口，使得所述处理通道包括进料液体流(L)；
-一个或多个收集器通道(14、140、141、142)，被配置成用于收集从所述进料液体中分离出的阴离子和阳离子；
-电解质出口(15)，被配置成用于排放所收集的阴离子和阳离子；
-至少一个通道电极(131)、至少一个分离电极(132)和至少一个收集器电极(133)；
其中所述通道电极和所述分离电极被放置在所述处理通道的相对侧处，并且其中所述分离电极和所述收集器电极被放置在所述收集器通道的相对侧处；
-场发生器(13)，用于在所述通道电极与所述分离电极之间以及在所述分离电极与所述收集器电极之间产生电场和/或磁场；
其中，所述场适用于产生从所述处理通道到所述收集器通道的离子流(I)，并且其中离子流方向对于阴离子和阳离子是相同的。


2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电极(131、132、133)是多孔的，具有大的内表面面积，使得所述电极被配置成用于离子吸收或离子保留。


3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电极是微孔的、和/或中孔的、和/或纳米孔的。


4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电极包括纳米泡沫碳纸和/或石墨烯。


5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电极具有至少15％、诸如大约20％的总孔隙率。


6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电极包括开孔孔隙率，由此所述电极是能渗透的。


7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述分离电极(132)包括离子能渗透材料，并且选择性地进一步包括平流材料。


8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述分离电极将所述处理通道与所述收集器通道分离。


9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述一个或多个收集器通道与所述处理通道并排延伸。


10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括与所述处理通道并排延伸的两个或更多个收集器通道。


11.根据权利要求10所述的装置，其中所述两个或更多个收集器通道由一个或多个第二分离电极(134、135)分离。


12.根据权利要求10至11中任一项所述的装置，其中所述收集器通道中的每个均被配置成用于收集预定类型的离子和/或离子浓度。


13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述收...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·J·H·博恩，
申请(专利权)人：阿夫萨尔特公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE