[发明专利]电透析装置及使用其的电透析方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种电透析装置及使用其的电透析方法，尤其指一种具有导电性的扭曲非晶碳电极的电透析装置及使用其的电透析方法

背景技术

由于气候的变迁、人口的急遽膨胀、及工业发展等，全球所需的淡水与日俱增。虽地球表面有超过七成为水所覆盖，但其中仅有约3.5％为人类可使用的淡水，是以海水淡化的技术为一世局急需研究的课题。公知海水淡化技术主要可分为蒸发法及薄膜法，其中，蒸发法又可细分为蒸气压缩法、多效蒸发法、及多级闪化法；而薄膜法则包含逆渗透法和电透析法。蒸气法原理为利用高热能将海水煮沸产生蒸气，使之与盐类溶质分离，冷却即为淡水；逆渗透法为由一特殊构造膜，使溶剂通过，达到分离溶剂与溶质；而电透析法则为使用一阴、阳离子穿透膜并搭配电极使盐类溶质过滤出，达到海水淡化的效果。

公知金属电极(如：白金或金)虽具有良好的抗化学性，不易受溶剂的腐蚀，可应用于电透析处理中，然而，因其易亲水且过电位狭窄，于相对低电压下，即与水产生反应，将水还原成氢气或氧化成氧气，是以金属电极无法使用于高电压下，是以无法提高电透析的效率。近年来虽有各种电极材料企图改善此一缺点，但该些电极却容易与氧气或残存于溶液中的化学物质产生不可逆反应，并导致其表面的钝化，进而影响电极的稳定性。

若能提供一能用于较高电压下进行电透析的电极，对于推动相关产业发展，实有其所需。

发明内容

公知电透析法通常是采用如白金等的金属电极，进行电透析处理。然而，因金属本身亲水且过电位狭窄的特性，金属电极无法以较高的电压进行电透析处理，无法提升电透析处理的效率。目前公知技术有采用多重阴阳离子膜交互排列的方式改善电透析处理的效率。但此种方式不仅增加电透析装置的复杂度，成本亦随的增加。据此，本发明的主要目的在提供一种电透析装置，能通过使用可于相对高的电压下进行电透析处理，而不会将水还原成氢气与氧气的电极，从而提高电透析处理的效率。

为实现上述目的，本发明提供的电透析装置，包括：一工作槽，可含有一阴极室、一阳极室及一脱盐室，其中，该阴极室及该脱盐室可由一阳离子交换膜作分隔，该阳极室及该脱盐室可由一阴离子交换膜作分隔；一阴极，设置于该阴极室，且连通至负电性；以及一阳极，设置于该阳极室，且连通至正电性；其中，该阴极及该阳极可具有一导电碳层及一基材，且该导电碳层可为导电性的一扭曲非晶碳所组成。

于上述本发明的电透析装置中，该导电碳层的扭曲非晶碳在基于sp³及sp²键结的总数量，该扭曲非晶碳的sp³键结数量所占比例可为60至90％。此外，于前述该扭曲非晶碳中，若sp³含量越低时，其电阻值越低，而相对地其导电性将越高。

于上述本发明的电透析装置中，只要能将导电碳层稳固地形成于基材上而不致脱落，各种形成方法皆可使用，本发明并不以此为限。举例而言，于本发明的一态样中，该导电碳层可由阴极电弧法、真空溅镀法或化学气相沉积法形成于该基材上。于本发明的一具体态样中，该导电碳层则以化学气相沉积法形成于该基材上，以较佳地与基材紧密结合。再者，只要能于较高电压下进行电透析处理，本发明并不特别限制该扭曲非晶碳所构成的导电碳层种类。举例而言，于本发明的一态样中，该导电碳层可至少一选自由类金刚石、碳纤维布、碳纤维纸、纳米碳管及其组合，但本发明并不仅限于此。于本发明的一具体态样中，该导电碳层可为类金刚石，从而使得该阴极及该阳极得以在较高电压下进行电透析处理。此外，为能适当地调控该导电碳层的导电性，本发明的导电碳层可含有一氮掺杂物或一硼掺杂物，并且透过调整其含量而达到控制导电碳层的导电度，较佳地，该氮掺杂物或该硼掺杂物的含量可为1％至50％原子百分比，较佳可为20％至40％原子百分比，最佳可为30％原子百分比。

于上述本发明的电透析装置中，只要阴极与阳极能在较高电压下进行电透析处理，本发明亦不特别限制该导电碳层的厚度。举例而言，于本发明的一态样中，该导电碳层的厚度可为1微米至1,000微米，但本发明并不以此为限。较佳地，该导电碳层的厚度可为7微米至1,000微米；更佳地，于本发明的一具体态样中，该导电碳层的厚度可为7微米，以使得所制备的阴极及阳极得以优化电透析处理的效率。此外，只要能于电透析处理效率，该导电碳层的电阻可为5至100ΩW-cm，较佳地，于本发明的一具体态样中，该导电碳层的电阻可为7ΩW-cm。