用浓度差能使盐水脱盐的方法、装置和设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种通过利用浓度差能使盐水脱盐的方法和装置。为使含在产物室内的盐水脱盐，驱动电池被用以产生驱动电压。产物室具有脱盐电压，当向产物室施加足够的电压时，阴离子和阳离子将迁移出产物室，从而使水脱盐。包括驱动电压并等于或大于脱盐电压的足够电压被施加到产物室，因此实现脱盐。有利的是，浓度差能可用浓溶液产生，所述浓溶液可用例如太阳能产生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使盐水脱盐的方法、装置和设备。更具体而言，本专利技术涉及一种通 过利用由离子交换膜所分隔的两种不同溶质浓度的溶液之间存在的能量差使盐水脱盐的 方法、装置和设备。
技术介绍
超过四分之一的地球人口没有足够的淡水获取。淡水获取的不足是有害的，因为 其可能导致疾病和营养不良、限制农业发展和抑制经济增长。但与淡水相比，盐水是易于得到的。海水形式的盐水占地球上的水的约97%。但 如果不对海水充分脱盐，则其不仅不可饮用而且不适用于农业。“脱盐”指自盐水移除阴离 子和阳离子的过程。海水的盐浓度通常为约3. 5质量％ ；也就是说，每升水约35克的溶解 盐。相比之下，饮用水的盐浓度通常至多为约0.04%。现有技术中已知若干脱盐方法。一种目前最流行的方法是反渗透(“R0”)。RO涉 及在高压下机械地迫使盐水通过螺旋形卷绕的半透膜。所述膜从盐水过滤盐。用RO过滤 的盐水需要大量的预处理，这将增大RO的能量需要。当盐水的温度高于约30°C时(当盐水 源为例如来自暖洋或发电厂出口的水时可能就是这种情况)，RO还面临性能问题。脱盐的其他方法有多效蒸馏(“MED”)或多级闪蒸(“MSF”)。MED和MSF通过一 系列多级反复蒸发和浓缩盐水使盐水脱盐。MED和MSF过程的能源通常是低压蒸汽。MED 和MSF过程的主要缺点在于，这些过程将消耗大量的热能，消耗的热能通常比RO所用的电 能高一个数量级。脱盐的另一方法是电渗析(“ED”)。ED通过其中溶解盐离子在外加电位的影响 下从进料流经离子交换膜转移向浓缩流的分离过程实现脱盐。这样的离子移动通常用ED 堆进行，ED堆用交替布置的离子交换膜构建，进料流和浓缩流在所述膜间流动。伴随ED的 一个问题是，在海水脱盐时，其消耗的能量比RO多，且这类能源完全呈外加电位的形式。除 了能量消耗相关问题外，还需要直流电源或由交流电源产生直流电的整流器形式的电气硬 件。伴随ED的第二个问题是，通常，由于外加电位的幅度，电压梯度将使盐离子不仅如预期 的那样迁移通过离子交换膜而且还通过ED堆中使用的歧管。这将导致循环的离子电流的 损失而降低ED效率。因此，需要一种改进现有技术的盐水脱盐的方法和装置。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种盐水脱盐的装置。所述装置包括多个驱动电 池以产生驱动电压，各个驱动电池具有容纳第一离子浓度的稀液的稀液室、容纳高于第一 离子浓度的第二离子浓度的浓液的浓液室，阳离子或阴离子交换膜中之一在稀液室和浓液 室间形成共用的边界并与稀液室和浓液室离子连通，阳离子或阴离子交换膜中的另一个在 各个驱动电池和相邻的驱动电池间形成共用的边界并与所述各个驱动电池和相邻的驱动电池离子连通。所述装置还包括产物室阴离子交换膜、产物室阳离子交换膜和容纳待脱盐 的盐水的产物室。产物室在一侧上以产物室阴离子交换膜为界并与产物室阴离子交换膜离 子连通，在另一侧上以产物室阳离子交换膜为界并与产物室阳离子交换膜离子连通。产物 室经由产物室阴离子或阳离子交换膜与所述多个驱动电池离子连通。所述装置还包括具有 稀液、浓液和产物歧管的歧管组件，所述稀液、浓液和产物歧管分别配置为向稀液室传送稀 液和使其离开、向浓液室传送浓液和使其离开以及向产物室传送待脱盐的盐水和使经脱盐 的盐水离开产物室。所述装置还可包括分别限定稀液室、浓液室和产物室中每一个的稀液室垫片、浓 液室垫片和产物室垫片。稀液室垫片、浓液室垫片和产物室垫片中每一个中均可含隔离物 以保持阳离子和阴离子交换膜的分离。稀液、浓液和产物歧管可分别包括稀液供给导管和稀液离开导管、浓液供给导管 和浓液离开导管、以及生产进料供给导管和产物离开导管，其各贯穿稀液、浓液和产物垫 片。稀液歧管可具有在稀液室垫片中流体地联接稀液供给导管与稀液室的入口凹槽以及在 稀液室垫片中流体地联接稀液离开导管与稀液室的出口凹槽。类似地，浓液歧管可具有在 浓液室垫片中流体地联接浓液供给导管与浓液室的入口凹槽以及在浓液室垫片中流体地 联接浓液离开导管与浓液室的出口凹槽，产物歧管可具有在产物室垫片中流体地联接生产 进料供给导管与产物室的入口凹槽以及在产物室垫片中流体地联接产物离开导管与产物 室的出口凹槽。所述盐水脱盐的装置还可具有阴离子释放室和阳离子释放室，其分别通过产物室 阴离子交换膜和产物室阳离子交换膜与产物室离子连通。所述装置还可包括容纳电解质的阳极和阴极电解质室；阳极和阴极堆端部离子交 换膜，阳极和阴极电解质室分别通过所述阳极和阴极堆端部离子交换膜与所述多个驱动电 池和产物室离子连通；及阳极和阴极。阳极电解质室在一侧上可以阳极堆端部离子交换膜 为界并与阳极堆端部离子交换膜离子连通，在另一侧上可以阳极为界并与阳极电连通。类 似地，阴极电解质室在一侧上可以阴极堆端部离子交换膜为界并与阴极堆端部离子交换膜 离子连通，在另一侧上可以阴极为界并与阴极电连通。所述多个驱动电池、产物室、阴离子释放室和阳离子释放室可布置为环形。或者， 所述多个驱动电池、产物室、阴离子释放室和阳离子释放室可以螺旋形状卷绕。此外，可在阳极和阴极之间提供电联接的电压源或电负载中一者或二者。阳极和阴极可各具有其上有涂层的基体。基体可由选自钛、铌、钽、铱、钯、钢、不锈 钢、镍和石墨的材料组成，涂层可由选自钼、钌、铱及包含钼、钌和铱的合金的材料组成。所述装置还可包括流体地联接阳极电解质室与阴极电解质室的电解质室流体导 管；和与电解质室流体导管流体连通的泵，所述泵配置为从阳极和阴极电解质室中的一个 向所述电解质室中的另一个泵送电解质以便在阳极和阴极电解质室中的一个中形成的电 化学反应副产物可在另一电解质室中用作反应物。阳极和阴极可为彼此气体连通的气体扩散电极以便在阳极或阴极中的一个处产 生的气体可流通到阳极或阴极中的另一个处。所述盐水脱盐的装置还可包括容纳电解质的第一和第二电解质室；第一和第二离 子交换膜，所述第一和第二电解质室分别通过所述第一和第二离子交换膜与所述多个驱动电池和产物室离子连通；和多孔的第一和第二端板。第一电解质室在一侧上可以多孔的 第一端板为界并与多孔的第一端板离子连通，在另一侧上可以第一离子交换膜为界并与第 一离子交换膜离子连通。类似地，第二电解质室在一侧上可以多孔的第二端板为界并与多 孔的第二端板离子连通，在另一侧上可以第二离子交换膜为界并与第二离子交换膜离子连 通。所述装置可被密封为使当装置被浸没在导电浴内时离子电流在导电浴中分别通过多孔 的第一和第二端板在第一和第二电解质室间流动。所述装置还可包括容纳电解质的第一和第二电解质室；第一和第二离子交换膜， 所述第一和第二电解质室分别通过所述第一和第二离子交换膜与所述多个驱动电池和产 物室离子连通；第一和第二端板，所述第一电解质室在一侧上以第一端板为界并与第一端 板离子连通，在另一侧上以第一离子交换膜为界并与第一离子交换膜离子连通，所述第二 电解质室在一侧上以多孔的第二端板为界并与多孔的第二端板离子连通，在另一侧上以第 二离子交换膜为界并与第二离子交换膜离子连通；流体地联接第一电解质室与第二电解质 室的电解质室流体导管；和与电解质室流体导管流体连通的泵，所述泵配置为从第一和第 二电解质室中的一个向所述电解质室中的另一个泵送电解质。根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盐水脱盐的装置，所述装置包括：　　（ａ）用于产生驱动电压的多个驱动电池，各驱动电池包括容纳第一离子浓度的稀液的稀液室、容纳高于所述第一离子浓度的第二离子浓度的浓液的浓液室，阳离子或阴离子交换膜中的一个在所述稀液室和浓液室之间形成共用的边界并与所述稀液室和浓液室离子连通，所述阳离子或阴离子交换膜中的另一个在各驱动电池和相邻的驱动电池之间形成共用的边界并与所述各驱动电池和相邻的驱动电池离子连通；　　（ｂ）产物室阴离子交换膜和产物室阳离子交换膜；　　（ｃ）容纳待脱盐的盐水的产物室，所述产物室在一侧上以所述产物室阴离子交换膜为界并与所述产物室阴离子交换膜离子连通，在另一侧上以所述产物室阳离子交换膜为界并与所述产物室阳离子交换膜离子连通，所述产物室经由所述产物室阴离子或阳离子交换膜与所述多个驱动电池离子连通；　　（ｄ）包含稀液歧管、浓液歧管和产物歧管的歧管组件，所述稀液歧管、浓液歧管和产物歧管分别配置为向所述稀液室传送稀液和使其离开所述稀液室、向所述浓液室传送浓液和使其离开所述浓液室、以及向所述产物室传送待脱盐的盐水和使经脱盐的盐水离开所述产物室。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明·斯图尔特·斯帕罗，
申请(专利权)人：苏特沃克技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CA