[發明專利]一種實現連續淡化產水的多腔室電吸附脫鹽技術與裝置

有效

• 申請號: 201610283373.3
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105753114B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 鄭煜銘;趙飛;苑志華;鐘鷺斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種能夠進行持續脫鹽工作的電吸附脫鹽技術方法和一種實現裝置，可應用于海水脫鹽或重金屬處理。該發明具體結合了電滲析多腔室和膜電容去離子的應用離子交換膜的技術特點。該技術方法通過離子交換膜和電極材料電吸附的協同操作運轉，使得各個腔室內水質分別進行凈化或濃縮，實現了在單個脫鹽模塊基礎上的連續脫鹽。產出的淡化水和富集鹽水可同時收集。并且基于該發明的工作原理，其裝置能夠在電極材料電吸附飽和的基礎上進一步提高脫鹽處理量。

技術領域

本發明涉及一種可連續脫鹽工作的電吸附脫鹽技術方法和一種實現裝置，屬于水處理脫鹽技術領域。

背景技術

在電容去離子技術是一種基于雙電層電容理論的水處理脫鹽技術。相比較于其它的脫鹽技術，如反滲透、膜蒸餾、電滲析、離子交換、多級閃蒸等，其具有能耗低、無二次污染、材料循環使用壽命長的比較優勢。經典的裝置模型由一對平行板電極構成主體部分，加上水流導口，水流驅動裝置和外部電源等部分。其中電極是由集流體，電極材料，隔膜，和外體框架等部分構成。在電極兩端施加低電壓后，溶液中陰、陽離子各自遷移至兩端的電極溶液界面形成雙電層，從而使水體達到脫鹽的效果。待電極上離子吸附飽和后停止電壓，此時雙電層放電，被吸附的離子再遷移到水體中，得到富集鹽水。同時電極材料得到再生，進行下一個脫鹽循環。

基于電容去離子的雙電層電容原理，傳統經典的電吸附裝置在電極雙電層充放電過程中，交替產出凈化水和濃縮水。這與其他水處理脫鹽技術如膜蒸餾、正滲透、電滲析等能夠連續產出凈化水的這一特征不同。而目前一些實現連續產水的CDI裝置，是通過多個電容器單元疊加，凈化水交替產出的這個途徑來實現的。這增加了CDI這一低能耗技術的經濟成本，且增加了實際操作中的協同和維護難度。如U.S.Pat.No. 6,661,643 B2專利提出了一種可實現連續脫鹽和能量回收利用的電吸附脫鹽裝置，其裝置的具體操作和功能的實現是依靠兩個以上脫鹽模塊的協同操作來完成的。

Rommerskirchen等人（A. Rommerskirchen, Y. Gendel, M. Wessling,Electrochemistry Communications, 2015, 60: 34-37）報道了一種命名為FCDI（Flowingcarbon deionization）的電吸附脫鹽裝置，其電極為使用活性碳粉末的流動相，并通過與離子半透膜的結合，實現了裝置可以連續產出淡化水和濃縮水的功能。在1.0 g/ml的處理鹽水條件下，其電極材料脫鹽率為260 mg/g，遠遠高于當前文獻報道中經典CDI 技術電極材料的脫鹽率。其裝置的流動式電極，通過在管道的水溶液中混入活性碳粉末來實現。而這增大了電極電壓消耗和電路的歐姆電壓降，且裝置的電極材料循環流動實際操作時較復雜，增加了驅動能量消耗，于產業化發展有阻。且電吸附單元上的“蛇形”管道電極，相比于腔體片狀電極，與水體的有效接觸面積有所降低。此外，基于FCDI裝置的設計思路，該體系不能使用當前CDI技術普遍采用的膜材料和塊體材料。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種能夠進行連續脫鹽工作的電吸附脫鹽技術設計方法和一種實現裝置，在單個脫鹽模塊上實現了凈化水和濃縮水同時產出。該體系結合了電滲析多腔室和MCDI（Membrance capacitance deionization）離子交換膜的技術特點。且一般常用的活性碳、碳氣凝膠、碳纖維、石墨烯等材料或復合材料都可以適用作為該裝置的電極材料。在同等實驗條件下，使用該裝置，其電極材料的脫鹽率可以有很大的提升。

本發明的一個目的在于提供一種能夠進行連續脫鹽工作的電吸附脫鹽系統的設計方法。

本發明的另一個目的在于提供一種基于以上方法的多腔室電吸附脫鹽裝置及配套操作方法。