本发明专利技术属于水处理脱盐离子吸附器件领域，公开了一种高效液流式膜电容脱盐装置，由绝缘顶板、一个或多个膜电容脱盐单元、底部电极、绝缘底板组成；其中，所述膜电容脱盐单元固定在绝缘框架内，包括阳离子膜电容脱盐单元或阴离子膜电容脱盐单元；所述阳离子膜电容脱盐单元的结构为阴极、阳离子交换膜、引流滤布、阴离子交换膜，所述阴离子膜电容脱盐单元的结构为阳极、阴离子交换膜、引流滤布、阳离子交换膜；当所述膜电容脱盐单元为多个时，阳离子膜电容脱盐单元与阴离子膜电容脱盐单元交替串联；所述绝缘顶板上设置有进水口，所述绝缘底板上设置有出水口，所述绝缘框架上设置有通水口。本发明专利技术高效液流式膜电容脱盐装置具有离子吸附效率高、稳定性好、无污染等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能量存储器件、离子吸附器件和水处理脱盐领域，具体地涉及一种高效液流式膜电容脱盐装置。
技术介绍
由于在工业或民用自来水中含有Ca2+，Mg2+以及一些阴离子如HC03_，如果不能有效去除，容易在管道或炉体结垢，堵塞管道。如果进入人体，容易形成结石和造成其他健康问题；冶金、电镀、化工甚至核电等行业排放的大量含有害离子的工业废水也造成了水环境的破坏和人类健康的危害；此外，生物制药、微电子制造等行业也需要大量的高纯度去离子水。因此，去离子脱盐成为当今水处理中最直接也是最重要的一个环节。而在另一方面，在环保工作中经常需要对工业废液进行元素的提炼富集，并回收再利用，通过从溶液中去离子脱盐也一种有效的方法。目前常用的脱盐技术主要有闪蒸、电渗析、反渗透、离子交换等。其中，闪蒸能耗大；离子交换和反渗透技术都需要昂贵的再生工艺，而且再生过程中会带来二次污染；电渗析系统虽然得到商业化，但是由于使用的电压非常高，比较耗电，同时由于电解水还会产生大量的气体。社会的进步和能源的缺乏使得人们在评价脱盐技术时越来越考虑成本和效率的因素。为此，非常需要开发一种节能环保的净化水技术。电容去离子(Capacitive Deionization，CDI)脱盐技术是利用溶液与电极界面形成的双电层来吸附水中电性物质。与传统的水处理技术相比较，CDI技术具有几个非常突出的优点绿色环保，低能耗；运行费用低；水利用率高；无温度限制；操作简单；易于自动化和大面积使用；循环使用寿命长。另外在CDI模块吸附的过程中，离子在静电场的作用下被吸附到电极的表面上时，由于极性相反离子的作用，使得吸附在电极上的离子可能再次脱附回到溶液中，电极的脱盐效率就会因此降低。传统的电容去离子单元主要由成对的电极(多孔活性炭、碳气凝胶或碳纳米管及纤维)通过在电极的两端加上静电场吸附溶液中的离子，当电极饱和时，将电极短接或者加上反向的电压进行再生。但是在再生过程中，阳极表面阴离子的脱附和阳离子的吸附及阴极表面阳离子的脱附和阴离子的吸附同时存在，从而会严重影响再生后电极的电吸附能力。为了解决这个问题，在电容去离子系统中加入离子交换膜，由于离子交换膜对离子选择性透过，在阳极表面加上阴离子交换膜和阴极表面加上阳离子交换膜后，能有效遏制再生过程中阳离子在阳极和阴离子在阴极的吸附，从而显著提高电极的去离子能力。 加入离子交换膜的电容去离子系统可以被称为隔膜电容去离子(Membrane Capacitive Deionizaiton, MCDI)系统。专利技术专利(一种高效隔膜电容去离子装置，专利授权号ZL200810040737. 0)提供了一种高效隔膜电容去离子装置，其由一个或多个通液型电容器单元组成的通液型电容器组成，其中，一个通液型电容器单元由隔板上下两端分别依次对称排列表面设孔电极、表面设孔的导电基体、电极引线、表面设孔的支撑板组成，在隔板与电极之间加入离子交换膜。该专利中的高效隔膜电容去离子装置的电极采用单面电极，因此每组模块单元都需要2块电极进行吸附，η组模块则需要2η块电极；同时利用隔板、支撑板及固定螺钉对装置进行固定，由于隔板材料较软，所以多组模块在叠加使用时，容易出现漏水的情况。针对上述装置的缺陷，本专利技术在电极的导电衬底两面生长、涂敷或压膜形成多孔碳基材料，所得到的多孔碳基材料电极的两面都可以使用，η组膜电容脱盐单元则只需要(η+1)块电极，大大提高了电极的使用率。同时本专利技术装置中采用了绝缘框架，可以将离子交换膜，电极等全部嵌入绝缘框架中，不仅节约了空间，同时使器件的密封性得到提高。本专利技术克服了现有技术脱盐技术的成本大、污染高的不足，在现有装置的基础上优化器件结构，提出一种高效液流式膜电容脱盐装置，有效地提高了电极使用率、离子吸收率以及装置的密封性，具有离子吸附效率高、稳定性好、寿命长、功耗低、可重复使用和无污染等有益效果。
技术实现思路
本专利技术提出了一种高效液流式膜电容脱盐装置，包括绝缘顶板、一个或多个膜电容脱盐单元、底部电极、绝缘底板；其中，所述膜电容脱盐单元是阳离子膜电容脱盐单元或阴离子膜电容脱盐单元，所述膜电容脱盐单元固定在绝缘框架内；所述阳离子膜电容脱盐单元的结构由上至下依次为阴极电极、阳离子交换膜、引流滤布、阴离子交换膜；所述阴离子膜电容脱盐单元的结构由上至下依次为阳极电极、阴离子交换膜、引流滤布、阳离子交换膜；当所述高效液流式膜电容脱盐装置中的膜电容脱盐单元为多个时，所述阳离子膜电容脱盐单元与阴离子膜电容脱盐单元呈交替串联；当所述膜电容脱盐单元为奇数个时，所述底部电极与所述高效液流式膜电容脱盐装置中由上至下的第一个电极的极性相反；当所述膜电容脱盐单元为偶数个时，所述底部电极与所述高效液流式膜电容脱盐装置中由上至下的第一个电极的极性相同；所述绝缘顶板上设置有进水口，所述绝缘底板上设置有出水口， 所述绝缘框架上设置有通水口。本专利技术的一种高效液流式膜电容脱盐装置中，在所述绝缘框架的两侧相对地设置上通水口和下通水口，所述绝缘顶板的进水口与所述装置的第一个绝缘框架的上通水口相接，所述装置的最后一个绝缘框架的下通水口与绝缘底板的出水口相接；所述绝缘框架的上通水口与上一级绝缘框架的下通水口相接，所述绝缘框架的下通水口与下一级绝缘框架的上通水口相接。本专利技术的一种高效液流式膜电容脱盐装置中，所述绝缘顶板、绝缘框架和绝缘底板上的所述进水口、出水口、通水口的对接处安装有密封圈。所述绝缘顶板、绝缘框架和绝缘底板的外围设置有小槽，通过在小槽中安装密封圈对所述装置进行密封。所述绝缘顶板、 绝缘框架和绝缘底板上四周设置有通孔，通过将螺钉拧入所述通孔对所述绝缘顶板、绝缘框架和绝缘底板进行固定。本专利技术的一种高效液流式膜电容脱盐装置中，所述电极是多孔碳基材料电极，其以石墨片、碳纤维、不锈钢或钛片为衬底，所述衬底两面为多孔碳基材料；其中，所述衬底的厚度为0. 2 2mm。所述电极采用的多孔碳基材料是活性炭、碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管或碳纳米管-碳纳米纤维复合薄膜；其中，所述多孔碳基材料的孔径大小为Inm lOOnm，厚度为 Iym ΙΟΟμπι。本专利技术的一种高效液流式膜电容脱盐装置中，所述的阳离子交换膜和阴离子交换膜是含离子基团的、具有离子选择透过能力的高分子膜。本专利技术的一种高效液流式膜电容脱盐装置中，所述绝缘顶板、绝缘框架和绝缘底板采用塑料板或有机玻璃板；其中，所述塑料板为ABS、PVC塑料板；所述绝缘顶板、绝缘框架和绝缘底板的厚度为2 10mm。本专利技术的一种高效液流式膜电容脱盐装置中，所述引流滤布是电绝缘的有机或无机织造布或非织造布，包括多孔聚合物模板、尼龙纤维、丙纶纤维，或是纸质隔膜；所述引流滤布的厚度为0. 01 1mm。本专利技术中的电极包括阴极电极和阳极电极。本专利技术中的底部电极是指本专利技术装置的至上而下依次排列的最后一个电极，其结构与阴极电极、阳极电极没有差别，均为多孔碳基材料电极。本专利技术的目的是设计克服现有技术的不足，在原有基础上优化器件结构，提出一种高效液流式膜电容脱盐装置，由多个膜电容脱盐单元串联组成，膜电容脱盐单元安置在绝缘框架内，绝缘框架上通水口的形状为“"””型，下通水口的形状为“π ”型，多片绝缘框架串联叠加。本专利技术高效液流式膜电容脱盐装置中绝缘框架的通本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高效液流式膜电容脱盐装置，其特征在于，所述装置包括绝缘顶板（６）、一个或多个膜电容脱盐单元、底部电极（８）、绝缘底板（７）；其中，所述膜电容脱盐单元是阳离子膜电容脱盐单元或阴离子膜电容脱盐单元，所述膜电容脱盐单元固定在绝缘框架（５）内；所述阳离子膜电容脱盐单元的结构由上至下依次为阴极电极（１－１）、阳离子交换膜（２）、引流滤布（３）、阴离子交换膜（４）；所述阴离子膜电容脱盐单元的结构由上至下依次为阳极电极（１－２）、阴离子交换膜（４）、引流滤布（３）、阳离子交换膜（２）；当所述高效液流式膜电容脱盐装置中的膜电容脱盐单元为多个时，所述阳离子膜电容脱盐单元与阴离子膜电容脱盐单元呈交替串联；当所述膜电容脱盐单元为奇数个时，所述底部电极（８）与所述高效液流式膜电容脱盐装置中由上至下的第一个电极的极性相反；当所述膜电容脱盐单元为偶数个时，所述底部电极（８）与所述高效液流式膜电容脱盐装置中由上至下的第一个电极的极性相同；所述绝缘顶板（６）上设置有进水口（６－１），所述绝缘底板（７）上设置有出水口（７－１），所述绝缘框架（５）上设置有通水口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：熊智淳，孙卓，潘丽坤，刘行，陈祎东，张巍巍，茅艳婷，聂纯阳，
申请(专利权)人：华东师范大学，上海纳晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31
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