[發明專利]用于流過式電容性去電離的極化電極

有效

• 申請號: 201280014516.0
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN103563027B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: M·D·安德爾曼
• 申請（專利權）人: 梅斯皮魯斯股份有限公司
• 主分類號: H01G9/00
• 分類號: H01G9/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 邊海梅

極化電極流過式電容器包括至少各一種電極材料，該電極材料具有一個孔體積，該孔體積包括中孔和微孔，而這些中孔和微孔內含有陰離子基團或陽離子基團。這些極化電極是處于由流動路徑或流動間隔物隔開的相反極性面向的電極對中。所使用的這些特定附著的離子基團的兩種極性均在供應給該流過式電容器的入口的特定進料溶液的工作pH或者成分下被電離。所包含的基團致使這些電極被極化，這樣使得它們對陰離子或陽離子是選擇性的。與由非衍生性碳制成的相同的流過式電容器相比，這種極化電極流過式電容器具有更好的性能。如此衍生化的這些電容器電極材料直接地提供了這種極化功能，而不需要一種分開的電荷屏障材料。

技術領域

本發明涉及水凈化，并且更具體地涉及流過式電容器以及電容性去電離。

背景技術

本領域中已知的是使用由相對的多對可相反充電的高電容電極制成的電極組件，來對水進行去電離或凈化。這稱為流過式電容器，或電容性去電離。在將電勢或電壓施加給連接到下伏的集電器上的端子時，這些電極形成電荷。水流中存在的帶正電和帶負電的離子分別吸引到并且靜電地吸附到相反極性的負充電電極和正充電電極上，并且從溶液中移除而形成凈化的水流。該過程由非感應電流的電容性充電而產生的電子電流的流動進行驅動。當流過式電容器被充電時，它可以分流或極性反向，從而釋放吸附的濃縮形式的離子。所述凈化和濃縮流可以通過一個閥而在一系列交替的凈化和濃縮循環中轉向到凈化流和廢料流中。

流過式電容器是所謂的“雙層類型”的電容器。在電容性充電的電極的這個背景下，雙層指的是這些離子吸引并且吸附到其上的靜電電荷層。這些層包括表面電荷層以及擴散層，也稱為斯特恩層(Stern layer)和古奧依·強本層(Guoy-Champan layer)。包括這所謂的雙層的這些層的特征長度厚度對應于德拜長度，也稱為德拜半徑。這在如下等式1中估算：

等式1

這對于單價鹽的實例而言歸納為

其中

K^-1是德拜長度

ε_r是溶質的介電常數

ε_o是自由空間的電容率

k_b是波茲曼常數

T是開爾文絕對溫度

e是基本電荷

n_i是以數量/m³計的第i個離子種類的濃度

z_i是第i個離子種類的化合價

N_A是阿伏伽德羅數

I是以摩爾/m³計的溶質的離子濃度

電容隨表面積增加而增加，這進而典型地要求電容器電極是多孔的并且具有孔體積。

等式2是在給定的離子進料溶液和給定表面積帶電的多孔電極材料中，由雙層占用的電極孔體積量的公式。等式2：

由雙層占用的孔體積=A*K^-1，

其中A是電極材料微觀孔表面積。在此背景下，微觀電極孔表面是電極孔的表面，無論是微孔、中孔，還是大孔。在某些典型的給水條件下，德拜長度與微孔的和中孔的電容性去電離電極中的平均孔半徑是相同的數量級。因此，由雙層占用的孔體積可以構成總孔體積的大部分。此德拜長度限

發明內容