[發明專利]電去離子系統及其多孔電極和形成多孔電極的方法

無效

• 申請號: 200780033266.4
• 申請日: 2007-06-11
• 公開（公告）號: CN101511453A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 衛昶;杜宇;蔡巍;熊日華;曹雷
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B01D61/44
• 分類號: B01D61/44;C02F1/469;C25B11/03;C25B11/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 封新琴

技術領域

本發明總體上涉及用于從流體中去除離子性物質的系統和裝置，更具體地，涉及使用非法拉第電極(non-Faraday?electrode)的電滲析和/或反向電滲析系統、裝置和方法。

發明背景

利用電滲析分離溶液中的離子性物質已被人們所熟知。例如參見美國專利No.4,539,091。實質上，已知的用于分離溶液中的離子性物質的電滲析方法包括在成對的電極之間交替布置陽離子選擇性通過的陽離子交換膜和陰離子選擇性通過的陰離子交換膜。在電極之間流通的直流電使陽離子向負極方向輸運以及陰離子向正極方向輸運。這些離子選擇性地通過離子交換膜。設置淡水槽和濃水槽以容納離子性溶液的分離部分。

電滲析(ED)自二十世紀六十年代早期在商業上為人所知。已知的電滲析方法依據下述的一般性原理：(1)溶于水的大多數鹽是離子性的，帶正電荷(陽離子)或負電荷(陰離子)；(2)這些離子被吸引至帶有相反電荷的電極；(3)膜構造來允許陰離子或陽離子選擇性通過。

離子性溶液中溶解的離子成分如Na⁺、Ca²⁺和CO₃^2-分散在水中，有效地中和了它們各自的電荷。將與外部直流電源如電池連接的電極布置在包括鹽水的電路中時，電流流過鹽水，離子趨于向帶有相反電荷的電極遷移。例如，具體參考圖1，示出了包括陰極12和陽極24的電滲析系統10。此外，系統10包括第一陽離子輸運膜(cation-transfer?membrane)14、陰離子輸運膜18、第二陽離子輸運膜22和直流電源26。當閉合包括電源26、陰極12和陽極24的電路時，鈉離子(Na⁺)向陰極12遷移，氯離子(Cl^-)向陽極24遷移。這種遷移使得進給的一股受損水(impaired?water)分為軟化淡水流16和濃水流20。

反向電滲析(EDR)技術自二十世紀七十年代早期為人所知。EDR系統依據與標準電滲析系統相同的一般性原理進行工作，不同的是EDR的電極性頻繁變換。以每小時數次的間隔變換電極的極性，同時切換液流，以使鹽水通道變為淡水通道(product?water?channel)，淡水通道變為鹽水通道。這種反向的原理在于隨著時間交替鹽水通道和淡水通道(包含淡水)。反向過程有利于在單元中的污垢、泥土和其它沉積物可能堆積并產生問題之前將它們打碎并沖掉。沖洗使裝置得以以較少的預處理化學物質工作并使膜垢減少。

用于海水的已知電滲析系統和方法包括利用法拉第反應。法拉第反應是在電池和電解槽中電極和電解液之間發生的反應，或者電解液通電時在電解液中發生的反應。重要特性之一在于法拉第反應為電子輸運過程。電子輸運反應由任一電極處發生的還原反應和氧化反應構成。化學物質在其經過還原反應得到電子時稱為被還原，而化學物質在其經過氧化反應失去電子時稱為被氧化。以下給出法拉第反應的實例。例如，在如下所示的反應中物質B被氧化為A，

B^-＝A+e^-；

其中B^-為處于還原態的物質，A為處于氧化態的物質。其它實例包括：

2Cl^-＝Cl₂+2e^-；和

2H⁺+2e^-＝H₂。

已知ED和EDR系統的缺點包括：系統設計的復雜性；系統特別是膜內出現的污垢量；源于法拉第反應的腐蝕導致的電極壽命短。具體地，鹽水中的氯造成腐蝕，特別是膜的腐蝕，從而降低了膜的有效壽命。另外，氣體放出，即陽極放出氧氣以及陰極放出氫氣，使得需要除氣裝置，從而增加了利用ED和/或EDR技術的淡化設備的復雜性和成本。

發明內容

本發明包括涉及離子性物質去除系統(ionic?species?removal?system)的實施方案，該離子性物質去除系統包括電源、用于輸送液體通過系統的泵、以及多個多孔電極。每個多孔電極包括導電多孔部分。

本發明包括涉及多孔電極形成方法的實施方案。該方法包括形成包含有電極材料的漿料并將漿料涂覆于基底上。

本發明包括涉及多孔電極的實施方案，該多孔電極包括比表面在10-10000m²/g范圍內的導電多孔部分。

通過以下結合附圖對本發明優選實施方案的詳細描述，將更容易地理解這些和其它優勢和特征。

附圖說明

圖1是已知電滲析方法的示意圖。