【技术实现步骤摘要】
本技术涉及电化学，具体地说是一种离子选择性靶向抓取器件。
技术介绍
1、溶液中离子的分离、浓缩、提纯等工艺对于材料制备、化工、冶金、制药、检测等领域有广泛的应用。在大部分应用中，溶液中会存在多种离子共存，需要对特定的离子进行分离或抓取，这样才能浓缩和富集纯度较高的离子。对于溶液中的浓度较低的离子分离或富集，目前主要的技术是采用吸附材料，包括离子交换树脂ier或离子筛is等的吸附，可对特定离子进行吸附分离。一般吸附材料对离子的容量较低，吸附时间较长，材料吸附易饱和。如当水溶液中离子浓度在100-1000mg/l范围内时，对离子半径较小的硼、锂、氟等离子的吸附容量一般在1-20mg/g范围，吸附时间在12-36小时。当离子被吸附材料吸附饱和后，需要通过化学药剂（有机溶剂、酸、碱）或纯水将吸附的离子脱附下来，这样会消耗较多化学药剂或水，同时易造成环境污染风险。
2、对于浓度较高的离子溶液（1000-10000mg/l），一般采用电渗析（ed）工艺对水溶液中的离子进行分离和浓缩，分离效率较高、速度快（5-10h）；其原理是离子在电场作用下通过阴阳离子交换膜后进行分离和浓缩。一般电渗析技术主要用于分离各类阴阳离子，无法对特定的离子进行选择性分离。若采用特殊的离子交换膜可以对一价与两价的离子进行分离，然而对于同一价态离子则无法选择分离。因此，用电渗析技术对多种离子混合的水溶液进行离子分离和浓缩时，需要采用多层离子交换膜组成的多个隔水室，电极间所加的电压较高（典型值为5-35v），总体能耗较大。同时，离子交换膜需要经常清洗，消耗化
3、为降低电渗析ed分离离子的能耗等，新发展了电容去离子（cdi）和膜电容去离子（mcdi）技术，可在较低电压（<1.2v）下工作，在分离和浓缩离子时的能耗较低，同时无需经常使用化学药剂清洗，绿色环保。cdi和mcdi一般适合溶液中离子浓度在100-5000mg/l。 同样，cdi只能分离阴阳离子，或采用具有特殊离子交换膜的mcdi可分离一价和两价离子，无法选择性分离或抓取同一价态的特定离子。
4、现有技术如离子交换树脂去离子iec、离子交换膜is、电渗析去离子ed、电容吸附去离子cdi、膜电容去离子mcdi主要适用于离子浓度≥100mg/l溶液中离子的分离和浓缩，对于小离子浓度<100mg/l的溶液分离效率极低，运行成本较高。另外，一般的离子交换膜只分离阴、阳离子，一些特殊离子交换膜可以对二价以下的离子进行浓缩和分离，但是针对同价电的不同离子类别没有区分能力。即使是微孔膜技术（如nf和ro），也只能按孔径大小来分离二价和一价离子，对电荷量较小且大小接近的离子无法分离。目前现有技术有许多不足，如适用的溶液离子浓度范围窄、去离子容量小、化学药剂吸附法易造成二次污染、工艺能耗大等问题，特别是无法实现对单种或几种指向性特定离子进行分离或抓取。
技术实现思路
1、本技术为克服现有技术的不足，提供一种离子选择性靶向抓取器件。
2、为实现上述目的，设计一种离子选择性靶向抓取器件，其特征在于：所述的离子选择性靶向抓取器件至少由一对阴极电极和阳极电极组成，阴极电极和阳极电极分别由至少三层结构的功能薄膜组成，功能薄膜的结构从左至右依次为导电层、离子吸附层、离子透过层，导电层是基板本身或者紧密附着在基板上，是连接电控模块的基础层，离子选择性靶向抓取器件包括阴极电极、阳极电极、电极隔离网、电控模块、基板，阴极电极和阳极电极之间设有电极隔离网，阴极电极和阳极电极设置在基板上并通过基板分别连接电控模块的正负极，一对阴极电极和阳极电极组成电极模组，电极模组两侧安装基板，形成溶液流动的腔室，若干电极模组以上下和左右阵列的排布方式组成多级电极模组，各级电极模组一端分别连接进水管，各级电极模组另一端分别连接去离子溶液出口管道，各级电极模组之间分别连接混合水管，并在混合水管上连接特征离子溶液出口管道。
3、所述的阴极电极包括阴极导电层、阴极阳离子吸附层，阴极阳离子透过层，阳极电极包括阳极导电层、阳极阴离子吸附层，阳极阴离子透过层，阴极电极和阳极电极可为相同或不同类型的材料组成，阴极电极可选择抓取特征阳离子，阳极电极可选择抓取特征阴离子，功能薄膜膜层的厚度与孔洞根据特征目标离子进行调整。
4、所述的阴极电极和阳极电极之间的有效电压不超过1.23v，最小可到0.001v。
5、所述的阴极电极和阳极电极可精准地抓取水溶液中的特征离子，水溶液中离子浓度范围可拓宽至0.001-10000ppm，优选的离子浓度范围在0.01-1000ppm。
6、所述的去离子溶液出口管道上设有控制阀，特征离子溶液出口管道上设有阀门。
7、本技术同现有技术相比，可精确地从溶液中选择性分离抓取特定的离子进行浓缩富集和提纯，具有靶向性、速度快、低能耗、适应浓度范围广、绿色环保特点。
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1.一种离子选择性靶向抓取器件，其特征在于：所述的离子选择性靶向抓取器件至少由一对阴极电极（1）和阳极电极（2）组成，阴极电极（1）和阳极电极（2）分别由至少三层结构的功能薄膜组成，功能薄膜的结构从左至右依次为导电层、离子吸附层、离子透过层，导电层是基板（8）本身或者紧密附着在基板（8）上，是连接电控模块（7）的基础层，离子选择性靶向抓取器件包括阴极电极（1）、阳极电极（2）、电极隔离网（3）、电控模块（7）、基板（8），阴极电极（1）和阳极电极（2）之间设有电极隔离网（3），阴极电极（1）和阳极电极（2）设置在基板（8）上并通过基板（8）分别连接电控模块（7）的正负极，一对阴极电极（1）和阳极电极（2）组成电极模组，电极模组两侧安装基板（8），形成溶液流动的腔室，若干电极模组以上下和左右阵列的排布方式组成多级电极模组，各级电极模组一端分别连接进水管（9），各级电极模组另一端分别连接去离子溶液出口管道（6），各级电极模组之间分别连接混合水管（5），并在混合水管（5）上连接特征离子溶液出口管道（4）。
2.根据权利要求1所述的一种离子选择性靶向抓取器件，其特征在于：所述
3.根据权利要求1所述的一种离子选择性靶向抓取器件，其特征在于：所述的阴极电极（1）和阳极电极（2）之间的有效电压不超过1.23V，最小可到0.001V。
4.根据权利要求1所述的一种离子选择性靶向抓取器件，其特征在于：所述的阴极电极（1）和阳极电极（2）可精准地抓取水溶液中的特征离子，水溶液中离子浓度范围可拓宽至0.001-10000PPM，优选的离子浓度范围在0.01-1000PPM。
5.根据权利要求1所述的一种离子选择性靶向抓取器件，其特征在于：所述的去离子溶液出口管道（6）上设有控制阀（10），特征离子溶液出口管道（4）上设有阀门（11）。
...【技术特征摘要】
1.一种离子选择性靶向抓取器件，其特征在于：所述的离子选择性靶向抓取器件至少由一对阴极电极（1）和阳极电极（2）组成，阴极电极（1）和阳极电极（2）分别由至少三层结构的功能薄膜组成，功能薄膜的结构从左至右依次为导电层、离子吸附层、离子透过层，导电层是基板（8）本身或者紧密附着在基板（8）上，是连接电控模块（7）的基础层，离子选择性靶向抓取器件包括阴极电极（1）、阳极电极（2）、电极隔离网（3）、电控模块（7）、基板（8），阴极电极（1）和阳极电极（2）之间设有电极隔离网（3），阴极电极（1）和阳极电极（2）设置在基板（8）上并通过基板（8）分别连接电控模块（7）的正负极，一对阴极电极（1）和阳极电极（2）组成电极模组，电极模组两侧安装基板（8），形成溶液流动的腔室，若干电极模组以上下和左右阵列的排布方式组成多级电极模组，各级电极模组一端分别连接进水管（9），各级电极模组另一端分别连接去离子溶液出口管道（6），各级电极模组之间分别连接混合水管（5），并在混合水管（5）上连接特征离子溶液出口管道（4）。
2.根据权利要求1所述的一种离子选择性靶向抓取器件，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙新昊，刘素霞，孙卓，张哲娟，
申请(专利权)人：上海纳晶科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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