本发明专利技术涉及一种具有再生电能的电容去离子及净水装置、分离仓制作方法，属于离子分离技术领域，在纳米尺度的分离区外放置电容器，用于分离该区域水溶液中的离子，水溶液会被分为水合阴离子层、纯水层、水合阳离子层这三层，在增压区水流推动下，这三层会分别进入分离区的三个纳米尺度的通道，即只在弱外电场的作用下就能实现离子的分离和净水。下就能实现离子的分离和净水。下就能实现离子的分离和净水。
【技术实现步骤摘要】
具有再生电能的电容去离子及净水装置、分离仓制作方法
[0001]本专利技术涉及离子分离
，特别是涉及一种具有再生电能的电容去离子及净水装置、分离仓制作方法。
技术介绍
[0002]分离膜技术相比传统水处理技术具有无可比拟的优势，是解决水资源短缺问题的新兴、高效、节能的技术。分离膜技术包含的类型丰富，可以根据实际的应用、需求选择单一的分离膜技术或者搭配使用。但是分离膜技术存在过滤率
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过滤效率难以平衡、分离膜的表面污染和使用寿命以及制膜和运行成本高等问题。因此，新型分离膜技术仍然需要寻求进一步的完善。
[0003]通过单一调控滤孔尺寸的方法进行海水淡化在过滤率、过滤效率和耗能等方面无法平衡。因此，通过引入电势协助滤膜进行离子分离，即电渗析法，会更有效实现净水与离子分离。其中，电容去离子法包括吸附和释放两个过程：首先，通过电极间的电位差将离子从盐溶液中分离。然后，电极放电至零电压，释放被吸附在电荷板上的离子重新进入溶液中。若在正电极和负电极侧分别插入阴离子选择膜和阳离子选择膜，则能够降低电容去离子过程的能量损失并且改善盐溶液的离子分离，这种滤水结构称为电容去离子膜。同时，溶液中的离子在电极的诱导下定向移动产生电势能，可实现部分电势能回收。因此，电容去离子膜还能够在低能耗过滤盐的同时高效储能。但是上述电容去离子技术需要提供高电压才能实现离子分离。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种具有再生电能的电容去离子及净水装置、分离仓制作方法，只需要弱外电场即可实现离子分离。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种具有再生电能的电容去离子及净水装置，所述装置包括：增压区、分离区和电容器；
[0007]沿着待处理水溶液的水流方向依次设置增压区和分离区；分离区设置在电容器的两极板之间；所述分离区包括三个纳米尺度的通道，三个纳米尺度的通道在电容器的两极板之间依次排布；每个纳米尺度的通道沿着所述水流方向纵向延伸，每个纳米尺度的通道的入口对准增压区；
[0008]所述增压区用于将待处理水溶液输送至分离区；所述分离区用于在电容器的弱电场作用下，将待处理水溶液分为水合阴离子层、纯水层和水合阳离子层，并在增压区水流推动下，水合阴离子层进入与电容器的带正电荷极板靠近的通道，水合阳离子层进入与电容器的带负电荷极板靠近的通道，所述纯水层进入中间的纳米尺度的通道，实现离子分离和水的净化。
[0009]可选的，所述分离区包括至少一个分离仓；
[0010]所述分离仓包括三个纳米尺度的通道和一个封装层，所述封装层沿着通道的纵向延伸方向封装三个纳米尺度的通道；
[0011]每个纳米尺度的通道包括绝缘二维材料和呈阵列排布的纳米管束；绝缘二维材料沿着纳米管束的纵向延伸方向包裹所述呈阵列排布的纳米管束；每个纳米管束的纵向延伸方向与所述水流方向相同。
[0012]可选的，多个分离仓在电容器的两电极之间沿着与电容器的电极垂直的方向依次排布，或多个分离仓在电容器的两电极之间沿着与电容器的电极平行的方向依次排布。
[0013]可选的，所述装置还包括：水合阴离子池、纯水池和水合阳离子池；
[0014]所述水合阴离子层经过分离区后进入水合阴离子池，所述水合阳离子层经过分离区后进入水合阳离子池，所述纯水层经过分离区后进入纯水池；
[0015]水合阳离子池与水合阴离子池构成再生电池的正负极。
[0016]可选的，所述装置还包括：待处理水溶液池；
[0017]待处理水溶液池用于存放待处理水溶液，并将待处理水溶液通过增压区输送至分离区。
[0018]一种分离仓，所述分离仓为前述的分离仓。
[0019]一种分离仓制作方法，包括：
[0020]利用水加外电场方法制备纳米管束；
[0021]利用电子束或离子束分别制备三个预设尺寸的互连纳米管束；
[0022]利用绝缘二维材料分别包裹三个互连纳米管束，并用离子束固连绝缘二维材料与互连纳米管束，获得三个纳米尺度的通道；
[0023]铺设第一层隔离层；
[0024]在所述第一层隔离层上顺序铺设三个纳米尺度的通道；
[0025]在最后一个铺设的纳米尺度的通道上铺设第二层隔离层；
[0026]采用绝缘二维材料沿着所述通道的纵向延伸方向连接第一层隔离层和第二层隔离层，形成封装层，以将三个纳米尺度的通道封装在封装层内，获得分离仓。
[0027]可选的，每个纳米尺度的通道为长方体形状；
[0028]长方体形状的长c、宽b和高a满足：b>>c>>a>>50nm。
[0029]一种包括多个分离仓的分离区制作方法，包括：
[0030]利用水加外电场方法制备纳米管束；
[0031]利用电子束或离子束分别制备多个预设尺寸的互连纳米管束；
[0032]利用绝缘二维材料分别包裹每个互连纳米管束，并用离子束固连绝缘二维材料和互连纳米管束，获得多个纳米尺度的通道；
[0033]铺设一层隔离层；
[0034]在所述隔离层上顺序铺设三个纳米尺度的通道，并在最后一个铺设的纳米尺度的通道上再铺设一层隔离层；
[0035]重复进行“在所述隔离层上顺序铺设三个纳米尺度的通道，并在最后一个铺设的纳米尺度的通道上再铺设一层隔离层”，直至满足分离仓的个数要求；
[0036]采用绝缘二维材料沿着通道的纵向延伸方向顺次连接所有隔离层，形成分离区。
[0037]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0038]本专利技术公开一种具有再生电能的电容去离子及净水装置、分离仓制作方法，在纳米尺度的分离区外放置电容器，用于分离该区域水溶液中的离子，水溶液会被分为水合阴离子层、纯水层、水合阳离子层这三层，在增压区水流推动下，这三层会分别进入分离区的三个纳米尺度的通道，即只在弱外电场的作用下就能实现离子的分离和净水。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]图1为本专利技术实施例1提供的具有再生电能的电容去离子及净水装置的结构示意图；
[0041]图2为本专利技术实施例1提供的分离区与电容器的位置关系示意图；
[0042]图3为本专利技术实施例1提供的分离仓的结构示意图；
[0043]图4为本专利技术实施例3提供的分离仓制作方法的流程图；
[0044]图5为本专利技术实施例4提供的包括多个分离仓的分离区制作原理示意图；
[0045]图6为本专利技术实施例4提供的包括多个分离仓的分离区制作流程图。
具体实施方式
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有再生电能的电容去离子及净水装置，其特征在于，所述装置包括：增压区、分离区和电容器；沿着待处理水溶液的水流方向依次设置增压区和分离区；分离区设置在电容器的两极板之间；所述分离区包括三个纳米尺度的通道，三个纳米尺度的通道在电容器的两极板之间依次排布；每个纳米尺度的通道沿着所述水流方向纵向延伸，每个纳米尺度的通道的入口对准增压区；所述增压区用于将待处理水溶液输送至分离区；所述分离区用于在电容器的弱电场作用下，将待处理水溶液分为水合阴离子层、纯水层和水合阳离子层，并在增压区水流推动下，水合阴离子层进入与电容器的带正电荷极板靠近的通道，水合阳离子层进入与电容器的带负电荷极板靠近的通道，所述纯水层进入中间的纳米尺度的通道，实现离子分离和水的净化。2.根据权利要求1所述的具有再生电能的电容去离子及净水装置，其特征在于，所述分离区包括至少一个分离仓；所述分离仓包括三个纳米尺度的通道和一个封装层，所述封装层沿着通道的纵向延伸方向封装三个纳米尺度的通道；每个纳米尺度的通道包括绝缘二维材料和呈阵列排布的纳米管束；绝缘二维材料沿着纳米管束的纵向延伸方向包裹所述呈阵列排布的纳米管束；每个纳米管束的纵向延伸方向与所述水流方向相同。3.根据权利要求2所述的具有再生电能的电容去离子及净水装置，其特征在于，多个分离仓在电容器的两电极之间沿着与电容器的电极垂直的方向依次排布，或多个分离仓在电容器的两电极之间沿着与电容器的电极平行的方向依次排布。4.根据权利要求1所述的具有再生电能的电容去离子及净水装置，其特征在于，所述装置还包括：水合阴离子池、纯水池和水合阳离子池；所述水合阴离子层经过分离区后进入水合阴离子池，所述水合阳离子层经过分离区后进入水合阳离子池，所述纯水层经过分离区后进入纯水池；水合阳离子池与水合阴离子池构成再生电池的正负极。5.根据权利要求1所述的具有...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡坤，仲政，史姣，曹靖，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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