[发明专利]无膜海水脱盐

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月21日提交的美国临时申请第61/740,780号的权益，该美国临时申请据此通过引用全部并入本文。

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明依据美国能源部授予的协议DE-FG02-06ER15758和由美国环境保护局授予的合同EP-D-12-026在政府支持下完成。政府享有本发明中的某些权利。

技术领域

本申请总体涉及用于水的脱盐的装置、系统和方法。

背景技术

对淡水的全球需求正迅速增长。许多传统淡水资源，包括湖泊、河流和含水层，正迅速变得枯竭。因此，淡水在许多地区中正成为有限的资源。事实上，联合国估计，到2025年，世界人口的三分之二可能会居住在缺水地区中。

目前，世界水供应的近似97％以海水的形式存在。脱盐，通过其将含盐的水(例如，海水)转换成淡水的过程，提供为适合于人类消耗或灌溉的淡水提供可靠供应的可能性。很遗憾，现有脱盐过程，包括蒸馏和逆渗透，需要大量的能量和专用的昂贵的基础设施。因此，与最传统的水源相比，脱盐目前是昂贵的，并且在世界的发展中地区常常是过分昂贵的。因此，总的人类用水的仅一小部分目前通过脱盐来满足。针对水脱盐的更节能的方法提供解决特别是在缺水地区中对淡水的增加的需求的可能性。

发明内容

公开了用于水的脱盐的微流体装置和系统。

用于水的脱盐的微流体装置可以包括脱盐单元。该脱盐单元可以包括流体地连接到稀释出口通道和浓缩出口通道的进口通道。稀释出口通道和浓缩出口通道可以在一交叉点处与进口通道分叉。脱盐单元还可以包括与脱盐单元电化学接触的电极。电极可以被配置成在接近稀释出口通道和浓缩出口通道与进口通道分叉的交叉点处产生电场梯度。在所施加的偏压下并且在存在流动的盐水的情况下，电场梯度可以优选地将盐水中的离子引导至浓缩出口通道中，而脱盐的水流入到稀释出口通道中。

在一些实施方案中，微流体装置还可以包括与脱盐单元流体地隔离的辅助通道。辅助通道可以经由双性电极电化学地连接到脱盐单元。在这些情况下，双性电极可以被配置成与脱盐单元和辅助通道两者电化学接触。在横跨辅助通道和脱盐单元所施加的偏压下并且在存在流动的盐水的情况下，电场梯度可以优选地将盐水中的离子引导至脱盐单元的浓缩出口通道中，而脱盐的水流入到稀释出口通道中。

在一些实施方案中，辅助通道包括脱盐单元。在这些实施方案中，微流体装置可以包括两个脱盐单元，所述两个脱盐单元可以是相同的或不同的结构。第一脱盐单元可以通过双性电极电化学地连接到第二脱盐单元。在横跨第一脱盐单元和第二脱盐单元所施加的偏压下并且在存在压力驱动流动的盐水的情况下，电场梯度可以优选地将盐水中的离子引导至第一和第二脱盐单元的浓缩出口通道中，而脱盐的水流入到第一和第二脱盐单元的稀释出口通道中。

本文所描述的多个微流体装置可以被组合以形成水净化系统。该系统可以包括本文所描述的并行布置或流体地串联的多个装置。该系统还可以包括并行布置和流体地串联的多个装置。例如，装置可以包括流体地串联的第一对装置，所述第一对装置布置成与流体地串联的第二对装置并行。在这样的系统中，可以以单个平面(即，作为二维系统)或以三维制造多个装置。

还提供了使用本文所描述的装置和系统来使水的含盐量下降的方法。

附图说明

图1A是示出用于对水进行脱盐的微流体装置的示意图。

图1B是示出图1A中所示的微流体装置的放大部分的示意图。

图1C是示出用于结合被配置成横跨脱盐单元施加偏压的电源对水进行脱盐的微流体装置的示意图。

图2是示出用于对水进行脱盐的微流体装置的示意图。该装置包括通过双性电极电化学地连接的脱盐单元和辅助通道。

图3是示出用于对水进行脱盐的微流体装置的示意图。该装置包括通过双性电极电化学地连接的两个脱盐单元。

图4是用于对水进行脱盐的水净化系统的示意图。该系统包括被配置成并行操作的多个脱盐单元。

图5是用于对水进行脱盐的水净化系统的示意图。该系统包括被配置成并行操作的多个脱盐单元。

图6是用于对水进行脱盐的水净化系统的示意图。该装置包括被配置成串行操作的多个脱盐单元。

图7是描绘靠近稀释出口通道与浓缩出口通道从进口通道分叉的交叉点的离子的电泳重定向的示意图。