[发明专利]一种带涂层电极电吸附装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种去除溶液中带电离子的装置，可用于废水处理和海水淡化等。

背景技术：

电吸附水处理技术又称电容脱盐技术，在外加电压的情况，利用带电电极吸附水中溶解离子或带电粒子的现象，使溶解在水中的离子或溶液中的其他带电物质吸附在电极板的表面，从而实现水的除盐和净化。电吸附在许多方面与其他电去离子不同，区别之一是电吸附过程是在不发生氧化还原反应的条件下提纯水，带电离子或粒子只是通过电场的作用被吸附到电极上，在其表面形成双电层。这种方法具有工作电压小、投资少、能耗低、无二次污染、循环寿命长（10万次以上）和再生容易等优点。

当电极吸附带电离子饱和后，通过短接电极或反转电场将离子从电极上脱附下来，从而实现电极的再生。因此电极的吸附能力是影响电吸附过程的重要因素。但是在实际操作过程中，当电压施加到电极上的时候，抗衡离子（counter-ions）盐也会被吸附到电极的表面。同时，同离子（co-ions）盐会被排斥出电极。这种离子迁移既增加了能耗，又影响了电吸附的效率。

为了提高电吸附效率，采用在电极表面覆盖一层离子交换膜的方法，称为膜电容去离子技术。离子交换膜有两种，分别是阳离子交换膜和阴离子交换膜。阳离子交换膜只允许阳离子透过而不允许阴离子透过，相反的，阴离子交换膜只允许阴离子透过而不允许阳离子透过。将阳离子交换膜和阴离子交换膜分别覆盖在负电极和正电极的表面可以有效的阻止不必要的离子迁移，从而可以提高电吸附的效率。

发明专利（海水电脱盐装置及方法，公开号 CN 101481159A）设计的电吸附装置将电极片进入水槽中，通过移动电极片来吸附水槽中所有的盐离子，此种方法不能进行连续的水处理，且极板间距较大，影响了吸附效果。CN01127147、CN011261828、CN01245554等专利使用的电吸附模块中，相对的电极板之间使用电解质隔膜将两片电极分开，电解质隔膜的主要作用是防止电极片接触，进而防止短路，而不能阻挡离子透过。发明专利（一种高效率节能型隔膜电容去离子装置，申请号200810040737.0）提供了一种高效率节能型隔膜电容去离子装置，其在隔板与电极之间加入离子交换膜，要求离子交换膜为含离子基团的均相膜或非均相膜，对溶液的离子具有选择透过能力。但由于离子交换膜本身较厚，采用这种方法需要很大的压力才能保证离子膜和电极之间有良好的接触。当原水的浓度较低时，膜表面的扩散层厚度会增加，从而在一定程度上阻碍有效的离子迁移，同时也会增加界面电阻。

本发明提出了一种带有离子交换涂层电极的电吸附装置，在这种电吸附装置中，涂层的采用极大降低了界面电阻，提高电极材料的电吸附效率和吸附量。这种电吸附装置同传统电吸附相比具有离子吸附效率高，功耗低，循环寿命长的优点。

发明内容：

本发明在电极表面增加了一层具有离子交换作用的涂层，可以与电极紧密接触，降低界面电阻，进一步提升电吸附的效率，起到提高吸附量的作用。不同的电极表面所需的涂层的功能不同，阳极表面的涂层需要具有阴离子交换作用，在吸附的过程中可以只允许阴离子透过，对阳离子起到阻隔作用。同理在阴极表面的涂层需要具有阳离子交换作用，在吸附的过程中可以只允许阳离子透过，对阴离子起到阻隔作用。

一种带涂层电极电吸附装置，其特征在于依次包括对称分布的支撑板，电极衬底和吸附材料；与电源正极相连的是电极阳极，其吸附材料表面涂覆的是具有阴离子交换作用的涂层，与电源负极相连的是电极阴极，其吸附材料表面涂覆的是具有阳离子交换作用的涂层；所述两个涂层至少有一个。

涂层与电极吸附材料紧密接触，涂层的厚度为1-100μm。

利用具有阴离子交换作用的溶液在电极材料表面固化形成具有阴离子交换作用的涂层；溶液包括苯乙烯系树脂溶液、丙烯酸系树脂溶或聚苯醚系树脂溶液。

利用具有阳离子交换作用的溶液在电极材料表面固化形成具有阳离子交换作用的涂层；溶液包括苯乙烯系树脂溶液、丙烯酸系树脂溶液、聚苯醚系树脂溶液、酚醛系树脂溶液、环氧系树脂溶液、乙烯吡啶系树脂溶液、脲醛系树脂溶液或全氟磺酸系树脂溶液。

衬底材料采用导电的多孔材料，如泡沫镍、泡沫钛、不锈钢网或碳纸等；电极吸附材料采用的是活性炭、炭气凝胶、活性碳纳米管、石墨烯气凝胶等多孔碳材料。

电吸附装置，还包括具有流速的供给流和用于改变所述流速的装置。还包括为所述电吸附装置提供的电压源和用于改变所述电压的装置。所述电吸附装置具有极性，并且还包括用于反转所述极性的装置。这些装置时为常规设置。