[發明專利]用于三維光電滲析的裝置和方法

有效

• 申請號: 201780087042.5
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN110573238B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: S.M.J.侯賽尼;D.茨維爾特尼;J.李;T.楊;A.H.G.阿爾塞迪
• 申請（專利權）人: 衣阿華大學研究基金會
• 主分類號: B01D61/42
• 分類號: B01D61/42;B01D61/44;B01D61/46;B01D61/48;C02F1/46;C02F1/461;C02F1/469
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔡宗鑫;李建新

一種三維光/電滲析單元，包括四個隔室。第一隔室容納三維電極和一組一種或多種電化學活性氧化還原物質。第一電活性陽離子選擇性膜將所述第一隔室耦合到提供第一原料的第二隔室。電活性陰離子選擇性膜將所述第二隔室耦合到提供第二原料的第三隔室。并且第二電活性陽離子選擇性膜將所述第三隔室耦合到第四隔室。

優先權申請

本申請要求2016年12月21日提交的美國臨時申請號62/437,244的優先權。上面提及的申請的全部內容以引用的方式并入本文。

背景技術

目前的脫鹽技術通常基于膜分離和熱蒸餾方法。示例性技術包括反滲透和熱蒸餾。遺憾的是，高能量需求所帶來的高資本支出使得反滲透過于昂貴而無法大規模采用。基于膜的系統中的其他尚未解決的問題包括膜積垢和濃差極化。就淡水消耗和碳足跡而言，熱蒸餾是昂貴的。由于這些和其他原因，需要本公開的主題。

發明內容

三維光電滲析單元包括第一隔室，所述第一隔室用于容納三維電極和一組一種或多種電化學活性氧化還原物質。第一電活性陽離子選擇性膜將所述第一隔室耦合到第二隔室，并且所述第二隔室提供第一原料。電活性陰離子選擇性膜將所述第二隔室耦合到第三隔室，并且所述第三隔室提供第二原料。第二電活性陽離子選擇性膜將所述第三隔室耦合到第四隔室，并且所述第四隔室容納第二組一種或多種電化學活性氧化還原物質。

附圖說明

圖1示出根據本公開的一些實施方案的用于三維光電滲析單元的電極-膜組件的圖解。

圖2示出根據本公開的一些實施方案的三維光電滲析單元中的離子流的圖解。

圖3示出根據本公開的一些實施方案的三維光電滲析單元中的離子流的圖解，其包括電活性膜的詳細圖解。

圖4(a)示出根據本公開的一些實施方案的三維光電滲析單元中的流體流的圖解。

圖4(b)示出根據本公開的一些實施方案的三維光電滲析單元中的電勢驅動的離子傳輸的圖解。

圖5(a)示出根據本公開的一些實施方案的實驗設置。

圖5(b)示出根據本公開的一些實施方案的三維光電滲析單元和平面電極光電滲析單元的電導率對時間的曲線圖。

圖6示出根據本公開的一些實施方案的納米結構光吸收材料的SEM圖像的圖解。

圖7(a)示出根據本公開的一些實施方案的包括隔室和膜堆疊并且采用三維電極的電滲析單元的示意圖。

圖7(b)示出根據本公開的一些實施方案的具有一組蠕動泵和溶液罐的電滲析單元的圖解。

圖7(c)示出根據本公開的一些實施方案的三維電滲析單元的圖解，其示出多孔碳泡沫插入件。

圖7(d)示出根據本公開的一些實施方案的碳泡沫電極的SEM圖像的圖解。

圖8(a)示出根據本公開的一些實施方案的各種電極配置的脫鹽性能的曲線圖。

圖8(b)示出根據本公開的一些實施方案的不同鹽濃度的電導率對時間的曲線圖。

圖8(c)示出根據本公開的一些實施方案的三維電極的穩定性的曲線圖。

圖9(a)示出根據本公開的一些實施方案的用于膜選擇性測量的擴散池設置的圖解。

圖9(b)示出根據本公開的一些實施方案的作為所施加膜電勢的函數的跨膜電勢的曲線圖，其中虛線表示理論最大跨膜電勢。

圖10示出根據本公開的一些實施方案的用于形成電活性膜的逐步合成程序的圖解。

圖11示出根據本公開的一些實施方案的在多孔氧化鋁膜內部形成的中空聚苯乙烯管的俯視SEM圖像的圖解。