[发明专利]用以去除总溶解性固体的流过式吸附器

说明书

技术领域

本发明有关于一种流过式吸附器(Flow Through Adsorber,FTA)，以不通电的吸离子工艺，去除水中的总溶解性固体(Total Dissolved Solids,TDS)。以海水为例，它的TDS在海水与FTA中的吸附剂一接触，便立刻大幅下降。尤其是，由农作废弃物或生质材料转化而成的吸附剂，能有效且低廉地去除水中及各种液体中的TDS。

背景技术

TDS为包括海水在内的所有废水的常见污染物。使海水淡化为饮用水的工艺中，TDS的去除是主要目标，也是最难处理的项目。目前，反渗透(ReverseOsmosis,RO)与蒸馏是两种最常被用以除去海水的TDS的淡化技术。许多固体溶于水中分解成为离子，通过正电荷与负电荷的快速相吸，离子容易被静电场吸住达到淡化的效果。电容去离子CDI(Capacitive Deionization)技术便是利用正负电荷相吸的原理，以流过式电容器FTC(Flow Through Capacitor)进行海水淡化。本发明的发明人致力于CDI技术的开发十余年，获得数篇美国专利，例如，美国专利第6,462,935号与第6,795,298号。CDI可以成为RO与蒸馏有效的替代技术，因CDI具有“不用化学品、水的回收率高、耗能低、及直接回收并储存吸离子时使用的电能”等特质。不过，CDI技术也含有一些缺陷，包括：使用高价的钛金属作为FTC电极的底材，以昂贵的电子控制进行FTC电极的自动再生，及最严重的“FTC电极产能低与寿命短”问题。

文献上出现许多“以价廉的吸附剂在不通电下，透过吸附工艺降低水的TDS与化学氧需求COD(Chemical Oxygen Demand)”的报告。例如，美国专利第4,877,534号与第7,727,398号各以炭化的稻谷吸除水中的有机污染物与染剂。美国专利第6,579,977号与第7,098,327号将农作废弃物转化为碳质吸附剂，用来去除水中的重金属。Yabusaki在美国专利第7,803,937号中，揭露以cabamidated棉花软化自来水的技术。另外，Lori等人在《环境科技快报》（Journal of Environmental Science and Technology）,第1(3)期,124-134页(2008年)文中，揭露以农作物梗制成活性碳，用以吸除水中的染剂。Shareef在《世界农业科学快报》（World Journal ofAgricultural Science）,第5(S)期,819-831页(2009年)文中，回顾一系列生质材料（biomass materials）与工业废弃物经炭化与活化形成的吸附剂，以去除水中的多种重金属的研究。上述的美国专利与期刊论文，均作为本发明的参考数据。

由于巨大的表面积、高密度的孔洞及各种表面官能团，水处理工业广泛以活性碳作为除去水中许多污染物的过滤材料，但不包括TDS的去除。然而，上节揭示很多天然物与人工产品，可以用比目前活性碳的工业生产方法更经济的工艺，透过低温与温和的药物制成炭化吸附剂。同时，这些由废弃物制成的吸附剂在许多水处理的应用上优于活性碳商品。几乎所有含碳元素的物质都可制成炭化吸附剂，例如：下水道污泥、谷物与核果的外壳、木质纤维废弃物、石油废弃物、及工业废弃物如轮胎和橡胶等，都可作为炭化吸附剂的原料。Shen等人在《化学工程近期专利》（Recent Patents on ChemicalEngineering）,第1期,27-40页,(2008年)文中，总结上述废弃物与活性碳之表面改质的八种工艺。经过表面改质，废弃物与活性碳的原有表面官能团被改变，成为废弃物能除去水中特殊污染物的原子团，而活性碳具有新的水处理功能。为了水处理与其它应用而设计的活性碳表面改质的例子，可见于美国专利第3,658,790、4,851,120、6,107,401、6,117,328、6,900,157及8,052,783等篇，其它不及赘述。