[发明专利]用于电容性消电离的电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极组合物，其用于进行电容性消电离来除去水中溶解的盐，和涉及制备其的方法。具体地，本发明涉及这样的系统在水净化装置中的用途。

发明背景和现有技术

世界上大量的人口生活在卫生的饮用水严重短缺的地区中。这些人口中很大一部分生活在农村和偏远地区，这里很少有市政饮用水处理厂。人们必须直接依赖于地下水源例如井，池塘和河流。

来自这些水源的水可以包含500-3000ppm量级的高含量的溶解盐，这使得该水不适于饮用。具有500-1500ppm量级的盐含量的水具有令人不快的味道，具有超过1500ppm的盐含量的水通常被称作“半咸水(brackishwater)”，并且它的味道非常成。盐含量为50-300ppm的水的味道很好，并且通常被公认为良好的饮用水。

反渗透是用来除去水中的盐含量的最流行的和商业上可用的方法，并且它在除去水中的盐方面是非常有效的。但是，该方法是高投资的和能量密集型的，处理每升的水的成本是非常高的，并且不是所有人能够承受起的。此外，与输入的水相比，净化的水的回收率仅仅是大约20％。已经开发的用于除去水中的盐的其他工艺包括纳米过滤，电渗析等等，但是这些工艺没有真正地大规模商业化。

另外一种可用于除盐的工艺是电容性消电离。在该工艺中，使得含有盐的水流过一对带相反电荷的电极，并且离子被电吸附到该电极的表面上，由此除去所处理的水中的盐。这种工艺已经显示出以明显更低的能耗来有效除去水中的盐，并且具有明显更高的回收率。电容性消电离工艺的核心是用作电容器的高电容电极。通常认为用作电容器的电极应当具有这样的特性，即，高表面积和高电容以及高导电率和低电阻系数。在过去，活性炭因为它的高表面积而被用作电极材料，并且还包括了导电炭黑来提高它的导电率和电容。将不同种类的粘合剂加入到该组合物中来将碳粒子保持在一起。

US 6127474(Andelman，2000)，US 7110242(C and T Company，2006)，US 6022436(Koslow Technologies Corporation，2000)，US 2005/0042513(Curran等人，2005)和US 2006/0114643(Maxwell Technologies Inc，2006)公开了用在电容性消电离工艺中的电极组合物，并且它们公开了这样的组合物，该组合物具有不同比例和不同粒度(particle size)的活性炭以及粘合剂例如原纤维组成的(fibrillated)聚合物和导电炭黑。现有技术中所用的该原纤维组成的聚合物粘合剂典型的是氟碳树脂(fluorocarbons)例如聚四氟乙烯(PTFE)。使用＜50微米的非常细微的活性炭粒子会产生高电容的电极，并且这样的组合物需要这样的原纤维组成的聚合物粘合剂，该粘合剂基本上包括在加工来形成相互连接的纤维网过程中非常高的剪切力，这将会把细微碳粒子保持在一起，因此这使该方法变得复杂和昂贵。另一方面，＞300微米的非常粗的活性炭粒子可以通过热塑性聚合物粘合剂例如聚乙烯粘合来形成电极，但是它们具有相对低的电容，虽然该方法是简单的。

现有技术没有教导这样一种高电容的电极组合物，其能够使用简单廉价的方法来制备。

本发明人已经发现使用中等粒度的活性炭以及少量导电炭黑能够结合来形成电极，而不需使用原纤维组成的聚合物粘合剂。这些电极组合物具有高电容，并且能够使用简单和廉价的方法来制备。

本发明的一个目标是提供一种用于水的电容性消电离的高电容电极，其是简单和廉价的。

本发明另一个目标是提供一种用于水的电容性消电离的高电容电极，其通过避免使用原纤维组成的聚合物作为粘合剂而是简单的。

本发明另一个目标是提供一种制造用于水的电容性消电离的高电容电极的方法。

本发明另一个目标是提供一种装置，其包括用于水的电容性消电离的高电容电极。

本发明另一个目标是提供一种水净化装置，其具有用于降低净化水中的总溶解盐的另外的特征。

发明内容

因此根据本发明的一方面，这里提供一种用于水的电容性消电离的电极，其包含：

i.60-88重量％的粒度为75-300微米的活性炭；

ii.5-30重量％的粒度为20-60微米的热塑性聚合物粘合剂；

iii.2-30重量％的中孔面积大于100m²/g的导电炭黑。

该电极优选是基本上没有原纤维组成的聚合物。