[发明专利]包括通过测量离子交换物质膨胀进行电流控制的去离子装置和方法有效
申请号: | 201410028443.1 | 申请日: | 2011-06-29 |
公开(公告)号: | CN103787470A | 公开(公告)日: | 2014-05-14 |
发明(设计)人: | A·格拉博夫斯基 | 申请(专利权)人: | EMD密理博公司 |
主分类号: | C02F1/469 | 分类号: | C02F1/469;C02F1/42 |
代理公司: | 永新专利商标代理有限公司 72002 | 代理人: | 蔡胜利 |
地址: | 美国马*** | 国省代码: | 美国;US |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 包括 通过 测量 离子交换 物质 膨胀 进行 电流 控制 离子 装置 方法 | ||
本申请是申请日为2011年6月29日、申请号为201110189559.X、发明名称为“包括通过测量离子交换物质膨胀进行电流控制的去离子装置和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及专门的电去离子(EDI)装置和方法。此装置和方法被用于从极性液体供应流生产至少部分被去离子的液体。
这里,“被去离子”是指“被去阴离子”,“被去阳离子”,或“被完全去离子”(也就是说,既被去阴离子又被去阳离子),而不管所实现的去离子的程度。
背景技术
连续的或不连续的EDI在本领域中是大家熟知的方法,其使用电活性介质和电势差来驱动离子传输,从极性液体例如水中至少部分地去除已电离的和可电离的(ionizable)种类。去离子(deionization)发生在EDI的至少一个稀释液隔室中,所述至少一个稀释液隔室是电化学装置中的隔室,在这里进行净化,即去除污染物。
EDI当前涉及标准的水去离子技术。它的最初原理,即在电渗析堆的稀释液隔室中使用混合床离子交换树脂,已经被Millipore Corporation从1987开始商业化了。
通常,EDI模块包括至少一个可以用隔膜分开的电极和隔室对,稀释液隔室被充满离子交换物质。典型地,隔室中稀释液隔室和浓缩液隔室交替,并且分开这些隔室的隔膜是离子交换隔膜,通常阴离子和阳离子交换隔膜交替。根据此概念,包括电极的隔室即电极隔室可以用作稀释液或用作浓缩液隔室。
离子交换物质通常是珠子(传统的离子交换树脂)、粉末、纤维(织物或非织物纺织品)以及多孔块形式的阳离子和阴离子交换物质。它们在隔室中填充一定的体积作为床,并且允许液体流流经空隙体积(void volume)并且允许离子电流被传导通过离子交换物质。它们通常被称为“树脂”。
在现有技术中,EDI的稀释液隔室中的离子交换物质的不同排列是可能的。最初的排列是离子交换树脂的混合床。可替代排列是阳离子和阴离子交换树脂层交替分布,叫做分层床。还已知,阳离子交换树脂和阴离子交换树脂用在完全分开的稀释液隔室里,以连续的模式进行电化学的再生。在某些方案中,供应水溶液顺序地流过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂床,并且例如在电极反应中产生的H+和OH-被用于树脂的再生。
在已知的利用离子交换物质的电化学再生的EDI方法和相关装置中,液体流分别被供应入和流出每个隔室,或者通过放置在隔室外面的公共收集器被分布在模块的平行隔室之间。用作供应液的典型的液体是预处理过的水,例如反渗透的产物水(reverse osmosis permeate)。
当在电极之间施加电压时,离子电流被主要传导通过离子交换物质。从供应流中去除离子直接在离子交换物质内进行,在这里它们被用H+或OH-离子交换。在再生的过程中,产生的H+和OH-离子,例如通过电化学增强的水离解产生的,再生对应的离子交换物质同时产生浓缩液作为废物。通常需要树脂的特殊再生程度以提供离子污染物从离子交换物质中的充分去除,以及在水消电离(water deionization)的应用中用于生产高电阻率的水。如果树脂的再生度不够高,稀释液的电阻率也就是所生成的水的质量会降低。
在供应水流速和组成固定也就是所有污染物的浓度固定的情况下,离子交换物质的再生度和直流电流成正比。应指出,再生形式的树脂,也就是对于阳离子交换树脂来说是H+离子的形式以及对于阴离子交换树脂来说是OH-离子的形式,溶胀(swell)更强烈,也就是比其(最初的)盐形式体积大。
如果EDI模块的稀释液隔室被树脂完全充满,所述树脂的再生度的提高导致树脂的膨胀和隔室的壁上的机械应力。此应力导致形成隔室的元件上的压缩应变,即,它使隔膜、框架、流量分配器等变形。这可能导致内部或外部的泄露。此外,将电流保持在大大高于足以保持需要的再生度的水平会导致过度的能源消耗。
另一方面,如果床的再生度降低并且体积减小,则隔室不能被树脂床完全充满,并且可能导致空隙区域中的电阻增大,树脂床的流化以及隔膜的机械支撑减弱。所有的这些现象都是对模块性能及其寿命不利的。而且,电流强度不够高不足以使树脂充分再生和去除污染物将导致生成的水质量低下。
因此,为了EDI模块的可持续并且可靠的操作,需要正确地调节电流以防止上面提到的缺陷。
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