[發(fā)明專利]一種一體化堆疊式流動(dòng)電極電容去離子裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010519727.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN111547826A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王凱軍;房闊;何文妍;彭飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/469
• 分類號(hào): C02F1/469
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發(fā)明涉及一種一體化堆疊式流動(dòng)電極電容去離子(FCDI)裝置，適用于FCDI反應(yīng)器處理水量的提升及反應(yīng)器規(guī)模的擴(kuò)大。該裝置包括主體裝置與配件，主體裝置包括終端固定板、終端集流器、離子交換膜、隔網(wǎng)、內(nèi)嵌式集流器，配件包括硅膠墊圈、硅膠管、螺桿。本發(fā)明通過內(nèi)嵌式集流器的使用，可將傳統(tǒng)單腔室FCDI反應(yīng)器分為多個(gè)連續(xù)的獨(dú)立單元，每個(gè)單元均為一個(gè)完整的FCDI反應(yīng)器，且相鄰兩個(gè)單元共用一個(gè)集流器，節(jié)省了反應(yīng)器搭建成本，經(jīng)濟(jì)性能較強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，涉及水處理，特別涉及一種一體化堆疊式流動(dòng)電極電容去離子(FCDI，flow electrode capacitive deionization)裝置。

背景技術(shù)

FCDI技術(shù)是近年來新興的一種電化學(xué)技術(shù)，主要利用電容的作用，使進(jìn)水中的帶電離子定向遷移至電極室內(nèi)，吸附在電極材料表面的雙電層結(jié)構(gòu)中，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)水中帶電離子的去除。相對(duì)于傳統(tǒng)固定電極電容去離子(CDI)技術(shù)來說，F(xiàn)CDI技術(shù)使用流動(dòng)電極懸濁液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固定電極，大幅度提升了反應(yīng)器的吸附性能。

FCDI技術(shù)起源于上世紀(jì)60年代，主要用于海水/苦咸水脫鹽領(lǐng)域，近年來由于其具有低耗、高效、無二次污染等優(yōu)勢(shì)，研究熱度不斷上升，應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸拓寬，成功應(yīng)用于飲用水深度處理、工業(yè)廢水處理、生活污水資源回收等領(lǐng)域。平板式FCDI反應(yīng)器，是目前最常用的反應(yīng)器構(gòu)型，其在平板型集流器上蝕刻流道，形成電極室，電極懸濁液在其中流動(dòng)；離子交換膜安裝在集流器內(nèi)側(cè)，同時(shí)起到離子選擇性透過及分隔電極室與進(jìn)水腔室的作用。待處理廢水在進(jìn)水腔室內(nèi)流過，通過隔網(wǎng)的作用均勻分布在整個(gè)腔室內(nèi)，避免短流現(xiàn)象的出現(xiàn)。

在平板型的FCDI反應(yīng)器內(nèi)，為縮短帶電離子定向遷移距離，進(jìn)水腔室的厚度通常控制在10mm以下，由此導(dǎo)致的反應(yīng)器處理能力較小，針對(duì)待處理水量巨大的海水、城市污水、工業(yè)廢水等來說，如何有效提升反應(yīng)器的處理能力，擴(kuò)大反應(yīng)器規(guī)模，同時(shí)保證反應(yīng)器的高效運(yùn)行，是近年來研究的熱點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，解決傳統(tǒng)FCDI反應(yīng)器處理規(guī)模有限制的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種方便操作、易于調(diào)控的一體化堆疊式流動(dòng)電極電容去離子(FCDI)裝置，基于傳統(tǒng)平板式構(gòu)型FCDI反應(yīng)器，通過內(nèi)嵌式集流器的使用，將反應(yīng)器內(nèi)部分隔為多個(gè)獨(dú)立的單元，每一單元內(nèi)均能完成電容去離子過程，且相鄰單元可共用同一個(gè)集流器。既保留的傳統(tǒng)平板式構(gòu)型FCDI反應(yīng)器離子遷移路徑短、吸附速率快的優(yōu)勢(shì)，又實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器處理規(guī)模的擴(kuò)大，能夠根據(jù)實(shí)際處理需求，調(diào)節(jié)內(nèi)嵌式集流器的數(shù)量，具有更高的反應(yīng)靈活性，對(duì)工藝整體效率的提升及運(yùn)行成本的控制具有重要意義，適用于FCDI反應(yīng)器處理水量的提升及處理規(guī)模的擴(kuò)大。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種一體化堆疊式流動(dòng)電極電容去離子裝置，包括平行相對(duì)的左側(cè)終端固定板11和右側(cè)終端固定板12，在左側(cè)終端固定板11的右側(cè)面設(shè)置左側(cè)終端集流器21，右側(cè)終端固定板12的左側(cè)面設(shè)置右側(cè)終端集流器22，左側(cè)終端集流器21的右側(cè)面和右側(cè)終端集流器22的左側(cè)面分別緊貼設(shè)置有陽離子交換膜41和陰離子交換膜42或者陰離子交換膜42和陽離子交換膜41，在陽離子交換膜41和陰離子交換膜42之間設(shè)置環(huán)形的硅膠墊圈5，利用硅膠墊圈5的厚度，在其環(huán)形空間內(nèi)形成進(jìn)水腔室，各終端固定板、各集流器和各離子交換膜上開設(shè)進(jìn)水口和出水口，并穿入硅膠管分別與各進(jìn)水腔室形成進(jìn)出水回路。

進(jìn)一步地，在左側(cè)終端集流器21和右側(cè)終端固定板12之間均勻間隔布置若干內(nèi)嵌式集流器3，各相鄰集流器之間具有空間間隔，各內(nèi)嵌式集流器3的兩側(cè)面均緊貼設(shè)置有陽離子交換膜41或者陰離子交換膜42，在每個(gè)空間間隔內(nèi)，陽離子交換膜41和陰離子交換膜42相對(duì)布置，形成一對(duì)離子交換膜，在每對(duì)離子交換膜之間設(shè)置環(huán)形的硅膠墊圈5。

進(jìn)一步地，各集流器緊貼離子交換膜的側(cè)面均蝕刻有回轉(zhuǎn)形的電極液流道，各終端固定板和各集流器上開設(shè)電極液流入口和電極液流出口，并穿入硅膠管分別與各電極液流道形成進(jìn)出電極液回路。