[发明专利]用于流过式电容性去电离的极化电极

说明书

极化电极流过式电容器包括至少各一种电极材料，该电极材料具有一个孔体积，该孔体积包括中孔和微孔，而这些中孔和微孔内含有阴离子基团或阳离子基团。这些极化电极是处于由流动路径或流动间隔物隔开的相反极性面向的电极对中。所使用的这些特定附着的离子基团的两种极性均在供应给该流过式电容器的入口的特定进料溶液的工作pH或者成分下被电离。所包含的基团致使这些电极被极化，这样使得它们对阴离子或阳离子是选择性的。与由非衍生性碳制成的相同的流过式电容器相比，这种极化电极流过式电容器具有更好的性能。如此衍生化的这些电容器电极材料直接地提供了这种极化功能，而不需要一种分开的电荷屏障材料。

技术领域

本发明涉及水净化，并且更具体地涉及流过式电容器以及电容性去电离。

背景技术

本领域中已知的是使用由相对的多对可相反充电的高电容电极制成的电极组件，来对水进行去电离或净化。这称为流过式电容器，或电容性去电离。在将电势或电压施加给连接到下伏的集电器上的端子时，这些电极形成电荷。水流中存在的带正电和带负电的离子分别吸引到并且静电地吸附到相反极性的负充电电极和正充电电极上，并且从溶液中移除而形成净化的水流。该过程由非感应电流的电容性充电而产生的电子电流的流动进行驱动。当流过式电容器被充电时，它可以分流或极性反向，从而释放吸附的浓缩形式的离子。所述净化和浓缩流可以通过一个阀而在一系列交替的净化和浓缩循环中转向到净化流和废料流中。

流过式电容器是所谓的“双层类型”的电容器。在电容性充电的电极的这个背景下，双层指的是这些离子吸引并且吸附到其上的静电电荷层。这些层包括表面电荷层以及扩散层，也称为斯特恩层(Stern layer)和古奥依·强本层(Guoy-Champan layer)。包括这所谓的双层的这些层的特征长度厚度对应于德拜长度，也称为德拜半径。这在如下等式1中估算：

等式1

这对于单价盐的实例而言归纳为

其中

K^-1是德拜长度

ε_r是溶质的介电常数

ε_o是自由空间的电容率

k_b是波兹曼常数

T是开尔文绝对温度

e是基本电荷

n_i是以数量/m³计的第i个离子种类的浓度

z_i是第i个离子种类的化合价

N_A是阿伏伽德罗数

I是以摩尔/m³计的溶质的离子浓度

电容随表面积增加而增加，这进而典型地要求电容器电极是多孔的并且具有孔体积。

等式2是在给定的离子进料溶液和给定表面积带电的多孔电极材料中，由双层占用的电极孔体积量的公式。等式2：

由双层占用的孔体积=A*K^-1，

其中A是电极材料微观孔表面积。在此背景下，微观电极孔表面是电极孔的表面，无论是微孔、中孔，还是大孔。在某些典型的给水条件下，德拜长度与微孔的和中孔的电容性去电离电极中的平均孔半径是相同的数量级。因此，由双层占用的孔体积可以构成总孔体积的大部分。此德拜长度限

发明内容