一种用于溶液体系中离子的浓缩提取设备制造技术

本实用新型专利技术涉及水处理领域，具体涉及一种用于溶液体系中离子的浓缩提取设备。包括若干数量的单元组件；以及为单元组件提供电场的电场施加结构；所述单元组件具备；集电组(100)，所述集电组(100)包括集电极a及集电极b；介于所述集电极a和集电极b之间的离子膜组件(200)，所述离子膜组件(200)包括离子膜a、离子膜b及离子膜c；由集电极a到集电极b的方向，以离子膜a、离子膜b、离子膜c为区分形成：位于集电极a与离子膜a之间的填充区a，位于离子膜a和离子膜b之间的流体区a，位于离子膜b和离子膜c之间的流体区b，位于离子膜c与集电极b之间的填充区b。填充区b。填充区b。

【技术实现步骤摘要】
一种用于溶液体系中离子的浓缩提取设备


[0001]本技术涉及水处理领域，更具体地说，涉及一种用于溶液体系中离子的浓缩提取设备。

技术介绍

[0002]实现从诸如海水或者是工业出水等溶液体系中，提取目标离子具有实际的意义。
[0003]海洋或盐湖资源的开发利用
[0004]寻找经济上可行且环保的从海洋或盐湖等溶液体系中提取诸如盐、卤、金属等物质的技术也是当前的一大挑战。例如，金属锂是电池储能领域的重要物质，市场需求量极大。但现实情形是，地球上的锂资源主要以固体锂形式存在于矿石中，以离子形式存在于盐湖卤水、地下卤水及海水中，尤其是卤水锂资源更丰富，约占地球锂资源的91％，因此，从溶液体系中提取是一种获取锂的重要途径。
[0005]溶液体系中目标离子/离子的提取锂方法
[0006]基于上述，开发环境友好的且有效的溶液体系中目标离子/离子的提取技术对意义重大。以海洋或盐湖中金属锂提取为例，目前，从溶液体系中提取锂的方法主要有沉淀法、萃取法、吸附法、电化学法。沉淀法存在不适于高镁锂比水质，须需消耗大量纯碱以沉淀钙、镁等共生离子，生产成本高的问题。萃取工艺对设备耐腐蚀性强，工业化过程复杂，残留的萃取剂会给盐湖老卤镁资源的后续加工会带来环境风险。离子交换吸附法的吸附剂在使用过程中易受到镁、钙等共生离子干扰，且吸附饱和后需利用脱附剂洗脱，会造成吸附剂的溶损等问题，难以投入商业化生产，成本较高。膜法适用于镁锂比低于30的盐湖卤水，不适于高镁锂比的卤水，技术结合电渗析技术，实际应用中也会由于Mg(OH)2的沉淀覆盖离子交换膜，影响效率，因此需要经常拆洗膜，维护成本较高。
[0007]基于上述，关注电极材料(活性材料)的选择和改性的电化学提锂法出现，电化学提锂法是根据锂电池工作的“摇椅理论”发展而来，电化学提锂体系主要由工作电极、对电极和提锂原溶液组成。工作电极的作用是在放电提锂的过程中使得锂离子高效、高选择性地嵌入其中，充电脱锂时使锂离子可逆地脱出进入回收液中，对电极的作用是形成闭合回路，从而保持整个电化学体系的电中性。
[0008]如专利文献1中，提供了一种如上述的电化学提锂方法和装置，面对高镁锂比的卤水，在充分保证每次循环过程中pH值稳定、处理时间不低于10h的前提下，经历数次循环吸附、操作能够得到浓度高达1g/L级别的富锂溶液。但该种方法实际上仍然受限于电极材料对锂离子的选择能力、吸附容量、稳定性、循环性等多种性能，导致其处理速度、成本、能耗、及最终能够得到的锂液的浓度仍然具有很大的局限性，目前尚不适合工业化应用。
[0009]专利文献1，申请号：201010555927.3，名称：一种选择性提取锂的离子筛及其应用。

技术实现思路

[0010]1.要解决的问题
[0011]基于上述，本专利技术的目的在于提供一种实际工业化应用过程中工艺稳定性高、处理节奏稳定性好的溶液体系中离子提取的电化学提取装置。
[0012]2.技术方案
[0013]为了解决上述问题，本技术所采用的技术方案如下：
[0014]包括单元组件、为单元组件提供电场的电场施加结构、以及液体暂存装置；
[0015]所述单元组件包括：
[0016]集电组(100)，所述集电组(100)包括集电极a及集电极b；
[0017]介于所述集电极a和集电极b之间的离子膜组件(200)，所述离子膜组件(200)包括离子膜a、离子膜b及离子膜c；
[0018]由集电极a到集电极b的方向，具有位于集电极a与离子膜a之间的填充区a，位于离子膜a和离子膜b之间的流体区a，位于离子膜b和离子膜c之间的流体区b，位于离子膜c与集电极b之间的填充区b；
[0019]所述液体暂存装置包括初提液的暂存装置，所述初提液的暂存装置设置于流体区a与流体区b之间
[0020]所述离子膜a支持带有第一电荷的离子通过，不支持带有第二电荷的离子通过；
[0021]所述离子膜c支持带有第一电荷的离子通过，不支持带有第二电荷的离子通过；
[0022]所述离子膜b支持带有第二电荷的离子通过，不支持带有第一电荷的离子通过；
[0023]其中，所述第一电荷为正电荷或者负电荷，第二电荷为第一电荷的相反电荷。
[0024]优选地，所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，还包括除杂装置；所述除杂装置包括：第一除杂装置，所述第一除杂装置与单元组件连通；第二除杂装置，所述第二除杂装置通过管道与初提液的暂存装置进行连通。
[0025]优选地，所述液体暂存装置还包括溶液体系的储存装置，所述溶液体系的储存装置与流体区a的液体进口或者流体区b的液体入口进行连通，所述溶液体系的储存装置通过管道与第一除杂装置进行连通；和/或，
[0026]所述液体暂存装置还包括浓缩液的暂存装置，所述浓缩液的暂存装置与流体区b的液体出口、液体入口进行连通；和/或，
[0027]所述液体暂存装置还包括电极液的暂存装置，所述电极液的暂存装置与电极腔室的液体出口、液体入口进行连通；和/或，
[0028]所述液体暂存装置还包括乏液的暂存装置，所述乏液的暂存装置与第一或者流体区b的液体出口进行连通。
[0029]优选地，所述集电组包括离子固定结构a及离子固定结构b；
[0030]所述集电极a与离子膜a之间具有离子固定结构a；所述离子固定结构a用于将至少一部分的透过离子膜a的离子以嵌入的方式进行固定；
[0031]所述集电极b与离子膜c之间具有离子固定结构b；所述离子固定结构b用于将至少一部分的透过离子膜c的离子以双电层方式进行固定。
[0032]优选地，所述离子固定结构a为叠层于集电极a的离子嵌入层；和/或
[0033]所述离子固定结构a为存在于集电极a的离子嵌入颗粒物；和/或
[0034]所述离子固定结构a为存在于填充区a的离子嵌入颗粒物。
[0035]优选地，所述离子固定结构b为叠层于集电极b的双电层电容层和/或赝电容层；和/或
[0036]所述离子固定结构b为存在于集电极b的双电层电容颗粒物和/或赝电容颗粒物；和/或
[0037]所述离子固定结构b为存在于填充区b的双电层电容颗粒物和/或赝电容颗粒物。
[0038]优选地，所述离子固定结构b为叠层于集电极b的离子嵌入层；和/或
[0039]所述离子固定结构b为存在于集电极b的离子嵌入颗粒物；和/或
[0040]所述离子固定结构b为存在于填充区b的离子嵌入颗粒物。
[0041]优选地，还包括介于所述集电组与离子膜组件之间的隔框；
[0042]所述隔框上设置有电极液进口和填充区，所述电极液进口设置于所述填充区的一侧，且所述电极液进口与填充区之间设置有布水凸起
[0043]所述填充区远离所述电极液进口的一侧设置有电极液出口，所述电极液出口与填充区之间设置有布水凸起选地，集水区靠近隔框的边缘处的侧部区域设置有导流筋，且石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，其特征在于，包括单元组件、为单元组件提供电场的电场施加结构、以及液体暂存装置；所述单元组件包括：集电组(100)，所述集电组(100)包括集电极a及集电极b；介于所述集电极a和集电极b之间的离子膜组件(200)，所述离子膜组件(200)包括离子膜a、离子膜b及离子膜c；由集电极a到集电极b的方向，具有位于集电极a与离子膜a之间的填充区a，位于离子膜a和离子膜b之间的流体区a，位于离子膜b和离子膜c之间的流体区b，位于离子膜c与集电极b之间的填充区b；所述液体暂存装置包括初提液的暂存装置，所述初提液的暂存装置设置于流体区a与流体区b之间所述离子膜a支持带有第一电荷的离子通过，不支持带有第二电荷的离子通过；所述离子膜c支持带有第一电荷的离子通过，不支持带有第二电荷的离子通过；所述离子膜b支持带有第二电荷的离子通过，不支持带有第一电荷的离子通过；其中，所述第一电荷为正电荷或者负电荷，第二电荷为第一电荷的相反电荷。2.根据权利要求1所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，其特征在于，还包括除杂装置；所述除杂装置包括：第一除杂装置，所述第一除杂装置与单元组件连通；第二除杂装置，所述第二除杂装置通过管道与初提液的暂存装置进行连通。3.根据权利要求2所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，其特征在于，所述流体区a包括液体入口或出口；所述流体区b包括液体入口或出口；所述液体暂存装置还包括溶液体系的储存装置，所述溶液体系的储存装置与流体区a的液体进口或者流体区b的液体入口进行连通，所述溶液体系的储存装置通过管道与第一除杂装置进行连通；和/或，所述液体暂存装置还包括浓缩液的暂存装置，所述浓缩液的暂存装置与流体区b的液体出口、液体入口进行连通；和/或，所述液体暂存装置还包括电极液的暂存装置，所述电极液的暂存装置与电极腔室的液体出口、液体入口进行连通；和/或，所述液体暂存装置还包括乏液的暂存装置，所述乏液的暂存装置与第一或者流体区b的液体出口进行连通。4.根据权利要求1～3任一所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，其特征在于，所述集电组(100)还包括离子固定结构a及离子固定结构b；所述集电极a与离子膜a之间具有离子固定结构a；所述离子固定结构a用于将至少一部分的透过离子膜a的离子以嵌入的方式进行固定；所述集电极b与离子膜c之间具有离子固定结构b；所述离子固定结构b用于将至少一部分的透过离子膜c的离子以双电层方式进行固定。5.根据权利要求4所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，其特征在于，所述离子固定结构a为叠层于集电极a的离子嵌入层；和/或
所述离子固定结构a为存在于集电极a的离子嵌入颗粒物；和/或所述离子固定结构a为存在于填充区a的离子嵌入颗粒物；所述离子固定结构b为叠层于集电极b的双电层电容层和/或赝电容层；和/或所述离子固定结构b为存在于集电极b的双电层电容颗粒物和/或赝电容颗粒物；和/或所述离子固定结构b为存在于填充区b的双电层电容颗粒物和/或赝电容颗粒物；和/或所述离子固定结构b为叠层于集电极b的离子嵌入层；和/或所述离子固定结构b为存在于集电极b的离子嵌入颗粒物；和/或所述离子固定结构b为存在于填充区b的离子嵌入颗粒物。6.根据权利要求1
‑
3任一所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，其特征在于，还包括流体连通组件(900)；所述流体连通组件(900)包括设置于流体区a与流体区b之间的流体连通管道，所述流体连通管道用以实现流体区a与流体区b之间的流体连通；和/或所述流体连通组件(900)还包括设置于流体连通管道上的除杂装置。7.根据权利要求4所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，其特征在于，还包括流体连通组件(900)；所述流体连通组件(900)包括设置于流体区a与流体区b之间的流体连通管道，所述流体连通管道用以实现流体区a与流体区b之间的流体连通；和/或所述流体连通组件(900)还包括设置于流体连通管道上的除杂装置。8.根据权利要求5所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，其特征在于，还包括流体连通组件(900)；所述流体连通组件(900)包括设置于流体区a与流体区b之间的流体连通管道，所述流体连通管道用以实现流体区a与流体区b之间的流体连通；和/或所述流体连通组件(900)还包括设置于流体连通管道上的除杂装置。9.根据权利要求6所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，其特征在于，还包括介于所述集电组(100)与离子膜组件(200)之间的隔框(300)；所述隔框(300)上设置有电极液进口(310)和填充区(320)，所述电极液进口(310)设置于所述填充区(320)的一侧，且所述电极液进口(310)与填充区(320)之间设置有布水凸起(330)；所述填充区(320)远离所述电极液进口(310)的一侧设置有电极液出口，所述电极液出口与填充区(320)之间设置有布水凸起(330)。10.根据权利要求7或8所述的用于溶液体系中离子的浓缩提取设备，其特征在于，还包括介于所述集电组(100)与离子膜组件(200)之间的隔框(300)；所述隔框(300)上设置有电极液进口(310)和填充区(320)，所述电极液进口(310)设置于所述填充区(320)的一侧，且所述电极液进口(310)与填充区(320)之间设置有布水凸起(330)；所述填充区(320)远离所述电极液进口(310)的一侧设置有电极液出口，所述电极液出口与填充区(320)之间设置有布水凸起(330)。11.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓慰，
申请(专利权)人：上海博信世纪能源技术有限公司，
类型：新型
国别省市：