[发明专利]基于离子交换树脂的强化微量离子捕集的FCDI装置及应用有效

专利信息
申请号: 201710916890.4 申请日: 2017-09-30
公开(公告)号: CN107585835B 公开(公告)日: 2020-05-15
发明(设计)人: 赵研;王军;郎朗;胡筱敏 申请(专利权)人: 东北大学
主分类号: C02F1/469 分类号: C02F1/469;C02F101/12;C02F101/16
代理公司: 沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 21234 代理人: 任凯
地址: 110169 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 基于 离子交换 树脂 强化 微量 离子 fcdi 装置 应用
【说明书】:

本发明涉及一种基于离子交换树脂的强化微量离子捕集FCDI装置及应用。技术方案如下:包括电吸附模块单元、电脱附离子回收模块单元、流体电极、流体电极输送单元、电压供给单元、淡化室和浓室,所述电吸附模块单元位于所述淡化室内,所述电脱附离子回收模块单元位于所述浓室内;所述电吸附模块单元包括离子交换树脂床、阴极石墨集流板一、阳极石墨集流板一、阴离子交换膜一、阳离子交换膜一、阴极电极室一和阳极电极室一。本发明通过在电吸附模块单元中加入离子交换树脂床,优化FCDI体系对低浓度进水的去离子过程,削弱浓差极化效应,提升电去除率。

技术领域

本发明属于环境工程及水处理技术领域,具体涉及一种基于离子交换树脂的强化微量离子捕集FCDI装置及应用。

背景技术

一种由电化学原理衍生的电吸附除盐技术,也称为电容去离子技术(CDI),因其简单、低能耗、环境友好等优势不仅有能力避免以上几种脱盐技术存在的问题,也越来越受到人们的重视和关注。该技术的基本原理是通过对多孔吸附电极施加一个外部电压,在两个电极间形成静电场,带电离子在静电场作用下被强制向带有相反电荷的电极处移动。溶液中的阴阳离子在直流电场作用下分别向正负两极移动,并被吸附在电极与溶液界面形成的双电层中,从而去除离子的目的,此过程为吸附。而当电极吸附达到饱和时,将正负电极片短接或者反接,电极上吸附的离子将重新释放到水溶液中,从而实现电极再生,此过程为脱附。由于电容去离子充电吸附过程仅需1-2V的直流电,因此其本质是一个低电耗的电吸附过程;另外电容去离子系统的再生过程不需要任何化学药剂,只通过电极的放电来完成,不会对环境产生污染,是一种环境友好型的水处理技术。

尽管CDI技术近来成为研究热点,但随着该技术的进一步应用发展,经典CDI体系因采用固定碳电极,电极表面吸附一定量的离子之后,槽电压降低,易造成孔道中的离子脱附,增大出水中离子浓度,从而限制CDI系统的吸附容量。另外,采用固定电极,若无脱附,则当多孔碳电极吸附离子饱和后CDI的脱盐效率几乎为零,故若保证CDI体系正常运行,一旦电极表面的吸附点位达到饱和则需对电极进行再生处理,即需要对电极进行不断地充放电交替操作;而且由于多孔碳电极的有效容量受限于脱盐单元的规模,使得CDI在高盐废水脱盐时的成本和能耗显著提升;同时传统CDI用电极的制备方法较复杂,在提升吸附容量的同时也增加了反应器的成本。

为避免传统CDI系统存在的上述不足,提升脱盐效率,国外已有少数学者制备碳悬浮液(碳泥浆)作为流动电极,应用于CDI工艺,也称为流动电极电容去离子(FCDI)工艺。它是利用集电器表面刻划的孔道中悬浮的碳材料作为电极(作用等同于传统CDI系统中的固定碳电极),施加电压的条件下,电解液中的离子通过离子交换膜迁移,进入流动电极,被其中悬浮的碳材料吸附,从而达到脱盐的效果。

申请号ZL201610574749.6,申请公布号CN 106044970 A的中国专利,公布了:一种基于流动电极电容去离子(FCDI)脱盐的方法及应用,包括直流稳压电源、流动电极、双通道蠕动泵、FCDI模块单元、小型蠕动泵、电导率仪、有机玻璃固定装置、不锈钢接口、电极接片,双通道蠕动泵两条泵管的一端分别置于阳极室流动电极液和阴极室流动电极液,另一端分别与有机玻璃固定装置下部的不锈钢接口相连,流动电极通过蠕动泵提供的压力通过不锈钢接口进入FCDI单元模块,电极片通过有机玻璃固定装置提供的水平方向的压力与FCDI单元模块紧密接触,电极片顶端分别与直流稳压电源的正负极相连,为FCDI单元模块提供电驱动力,进水用小型蠕动泵向FDCI单元模块以一定流速泵入配制好的不同浓度的氯化钠溶液,电导率仪测量出水电导率浓度。

但目前关于FCDI技术尚存在一些不足:尽管外加电场低于水的电解电压,但电极室内部存在局部电流高于极限电流的现象,当低浓度进水电吸附接近饱和时,淡化室电阻突增从而引发微弱的浓差极化效应,进而导致效率降低。反应器长期运行期间,进水中钙、镁离子的存在浓差在一些情况下甚至会引发离子交换膜结垢的现象,这些现象是FCDI技术电吸附效率不高的因素之一。

发明内容

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