[發明專利]可再生過濾單元、可再生過濾系統及其操作方法

無效

• 申請號: 201210015573.2
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102689937A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 金昌鉉;姜孝郎;金泫錫;梁好晶;李柱郁;金載恩
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 張波

技術領域

這里公開一種用于去除金屬的可再生過濾單元(regenerable?filter?unit)、一種可用于去除各種重金屬的過濾系統及其操作方法。

背景技術

由于隨著經濟增長而快速變化的工業化，重金屬的使用不斷增加。許多重金屬由于其相對毒性而對人體和生態系統具有廣泛影響，還作為對于環境諸如河流、土壤等的嚴重污染物。

數十年來，由于不加區別的重金屬排放引起的水污染已經引起世界性的問題。對人體和生態系統施加特別不利的影響的有毒金屬元素可以包括鉻(Cr)、銅(Cu)、鉛(Pb)、汞(Pb)、錳(Mn)、鎘(Cd)、鎳(Ni)等。金屬元素的主要來源可以包括電鍍廠、熔煉廠、皮革(leather)廠、涂料制造廠等。相對大量的金屬也在飲料、冰淇淋等的制備中被排放。此外，鐵(Fe)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)、錳(Mn)等主要在礦井中排放。

由于重金屬引起的水污染問題也暴露到大眾。一般地，在水處理廠處理并滿足飲用水標準的潔凈水供應到供應城市和家庭的供水系統。然而，當水被供應給用戶時，可能包括從老化的水管等濾出的重金屬諸如銅(Cu)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)等。在它們當中，已知鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)等如果在人體中積累會具有致命的毒性。

常用的重金屬處理方法包括沉淀(precipitation)、吸附(adsorption)、離子交換、反滲透(reverse?osmosis)、生物處理等。在它們當中，沉淀和吸附被主要地應用于工業和公用水凈化，生物處理被部分地使用，但是由于尺寸減小和易于使用的問題，這些方法并不適于家用水凈化。因此，對于家用凈水器通常使用反滲透和離子交換。

盡管在凈水器中使用的反滲透過濾器可以完全去除大部分雜質，但是其也會去除水中存在的有益礦物成分(Ca、Mg等)，因此要進行向凈化過的水添加礦物質的后續工藝。此外，利用同時發生的高能耗來去除極少量重金屬的反滲透在能量效率方面是不利的。如果使用離子交換樹脂過濾器，則其可以選擇性地去除重金屬并在能量效率方面具有優點，但是即使在取決于流入水的污染程度的計劃更換時間之前，過濾性能也會退化，因此飲用被重金屬污染的水的可能性會增加。尤其是，過濾器需要定期更換，因此產生增加的成本以及對于使用者的不便。

發明內容

不同的示例實施例涉及一種過濾單元，該過濾單元可以相對高效地選擇性地吸附并去除水中存在的金屬離子并且可以相對高效地被再生。

不同的實施例涉及一種可提高處理能力的過濾單元。

不同的實施例涉及一種包括該過濾單元的過濾系統。

不同的實施例涉及一種操作可再生過濾系統的相對高效的方法。

根據示例實施例，一種過濾單元可以包括：可滲水的第一電極，包括金屬吸附劑(金屬吸附材料)；第二電極，布置成與第一電極間隔開并與第一電極相對；以及分隔物(separator)，由具有精細孔隙的絕緣材料形成，精細孔隙位于第一電極和第二電極之間并在穿過第一電極和第二電極的方向上傳送離子，其中分隔物在平行于與第一電極或第二電極接觸的側部的方向上是不滲水的，并且第一電極和第二電極中的至少一個是包括水解催化劑(water?hydrolysis?catalyst)的負載催化劑電極(catalyst?supported?electrode)或包括非催化劑材料的非活性電極。

可滲水的第一電極還可以包括用于在滲水方向上使流入水通過的流入水入口(inflow?water?inlet)和處理過的水出口(treated?water?outlet)。

可滲水的第一電極在流入水入口處在流入水引入方向上的長度可以是約1cm至約50cm，可滲水的第一電極的在垂直于流入水引入方向(A)的第一方向(W1)上的第一橫截面積(S1)與分隔物的在垂直于流入水引入方向(A)的第二方向(W2)上的第二橫截面積(S2)的比率(S1/S2)可以為約5至約1000。

可滲水的第一電極可以通過沉積金屬吸附劑的顆粒形成，并且可以包括形成在顆粒之間的具有約0.1μm至約30μm的平均尺寸的孔隙，并且可以具有約0.05至0.7的孔隙率。

可滲水的第一電極可以是紡織物(woven?fabric)或非紡織物(non-woven?fabric)的形式。

金屬吸附劑可以在表面上包括選擇性鍵合到金屬離子的堿性官能團(basic?functional?group)。

金屬吸附劑可以是活性或非活性的碳基材料。