[发明专利]一种实现连续淡化产水的多腔室电吸附脱盐技术与装置

说明书

一种能够进行持续脱盐工作的电吸附脱盐技术方法和一种实现装置，可应用于海水脱盐或重金属处理。该发明具体结合了电渗析多腔室和膜电容去离子的应用离子交换膜的技术特点。该技术方法通过离子交换膜和电极材料电吸附的协同操作运转，使得各个腔室内水质分别进行净化或浓缩，实现了在单个脱盐模块基础上的连续脱盐。产出的淡化水和富集盐水可同时收集。并且基于该发明的工作原理，其装置能够在电极材料电吸附饱和的基础上进一步提高脱盐处理量。

技术领域

本发明涉及一种可连续脱盐工作的电吸附脱盐技术方法和一种实现装置，属于水处理脱盐技术领域。

背景技术

在电容去离子技术是一种基于双电层电容理论的水处理脱盐技术。相比较于其它的脱盐技术，如反渗透、膜蒸馏、电渗析、离子交换、多级闪蒸等，其具有能耗低、无二次污染、材料循环使用寿命长的比较优势。经典的装置模型由一对平行板电极构成主体部分，加上水流导口，水流驱动装置和外部电源等部分。其中电极是由集流体，电极材料，隔膜，和外体框架等部分构成。在电极两端施加低电压后，溶液中阴、阳离子各自迁移至两端的电极溶液界面形成双电层，从而使水体达到脱盐的效果。待电极上离子吸附饱和后停止电压，此时双电层放电，被吸附的离子再迁移到水体中，得到富集盐水。同时电极材料得到再生，进行下一个脱盐循环。

基于电容去离子的双电层电容原理，传统经典的电吸附装置在电极双电层充放电过程中，交替产出净化水和浓缩水。这与其他水处理脱盐技术如膜蒸馏、正渗透、电渗析等能够连续产出净化水的这一特征不同。而目前一些实现连续产水的CDI装置，是通过多个电容器单元叠加，净化水交替产出的这个途径来实现的。这增加了CDI这一低能耗技术的经济成本，且增加了实际操作中的协同和维护难度。如U.S.Pat.No. 6,661,643 B2专利提出了一种可实现连续脱盐和能量回收利用的电吸附脱盐装置，其装置的具体操作和功能的实现是依靠两个以上脱盐模块的协同操作来完成的。

Rommerskirchen等人（A. Rommerskirchen, Y. Gendel, M. Wessling,Electrochemistry Communications, 2015, 60: 34-37）报道了一种命名为FCDI（Flowingcarbon deionization）的电吸附脱盐装置，其电极为使用活性碳粉末的流动相，并通过与离子半透膜的结合，实现了装置可以连续产出淡化水和浓缩水的功能。在1.0 g/ml的处理盐水条件下，其电极材料脱盐率为260 mg/g，远远高于当前文献报道中经典CDI 技术电极材料的脱盐率。其装置的流动式电极，通过在管道的水溶液中混入活性碳粉末来实现。而这增大了电极电压消耗和电路的欧姆电压降，且装置的电极材料循环流动实际操作时较复杂，增加了驱动能量消耗，于产业化发展有阻。且电吸附单元上的“蛇形”管道电极，相比于腔体片状电极，与水体的有效接触面积有所降低。此外，基于FCDI装置的设计思路，该体系不能使用当前CDI技术普遍采用的膜材料和块体材料。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种能够进行连续脱盐工作的电吸附脱盐技术设计方法和一种实现装置，在单个脱盐模块上实现了净化水和浓缩水同时产出。该体系结合了电渗析多腔室和MCDI（Membrance capacitance deionization）离子交换膜的技术特点。且一般常用的活性碳、碳气凝胶、碳纤维、石墨烯等材料或复合材料都可以适用作为该装置的电极材料。在同等实验条件下，使用该装置，其电极材料的脱盐率可以有很大的提升。

本发明的一个目的在于提供一种能够进行连续脱盐工作的电吸附脱盐系统的设计方法。

本发明的另一个目的在于提供一种基于以上方法的多腔室电吸附脱盐装置及配套操作方法。