[发明专利]用于三维光电渗析的装置和方法

说明书

一种三维光/电渗析单元，包括四个隔室。第一隔室容纳三维电极和一组一种或多种电化学活性氧化还原物质。第一电活性阳离子选择性膜将所述第一隔室耦合到提供第一原料的第二隔室。电活性阴离子选择性膜将所述第二隔室耦合到提供第二原料的第三隔室。并且第二电活性阳离子选择性膜将所述第三隔室耦合到第四隔室。

优先权申请

本申请要求2016年12月21日提交的美国临时申请号62/437,244的优先权。上面提及的申请的全部内容以引用的方式并入本文。

背景技术

目前的脱盐技术通常基于膜分离和热蒸馏方法。示例性技术包括反渗透和热蒸馏。遗憾的是，高能量需求所带来的高资本支出使得反渗透过于昂贵而无法大规模采用。基于膜的系统中的其他尚未解决的问题包括膜积垢和浓差极化。就淡水消耗和碳足迹而言，热蒸馏是昂贵的。由于这些和其他原因，需要本公开的主题。

发明内容

三维光电渗析单元包括第一隔室，所述第一隔室用于容纳三维电极和一组一种或多种电化学活性氧化还原物质。第一电活性阳离子选择性膜将所述第一隔室耦合到第二隔室，并且所述第二隔室提供第一原料。电活性阴离子选择性膜将所述第二隔室耦合到第三隔室，并且所述第三隔室提供第二原料。第二电活性阳离子选择性膜将所述第三隔室耦合到第四隔室，并且所述第四隔室容纳第二组一种或多种电化学活性氧化还原物质。

附图说明

图1示出根据本公开的一些实施方案的用于三维光电渗析单元的电极-膜组件的图解。

图2示出根据本公开的一些实施方案的三维光电渗析单元中的离子流的图解。

图3示出根据本公开的一些实施方案的三维光电渗析单元中的离子流的图解，其包括电活性膜的详细图解。

图4(a)示出根据本公开的一些实施方案的三维光电渗析单元中的流体流的图解。

图4(b)示出根据本公开的一些实施方案的三维光电渗析单元中的电势驱动的离子传输的图解。

图5(a)示出根据本公开的一些实施方案的实验设置。

图5(b)示出根据本公开的一些实施方案的三维光电渗析单元和平面电极光电渗析单元的电导率对时间的曲线图。

图6示出根据本公开的一些实施方案的纳米结构光吸收材料的SEM图像的图解。

图7(a)示出根据本公开的一些实施方案的包括隔室和膜堆叠并且采用三维电极的电渗析单元的示意图。

图7(b)示出根据本公开的一些实施方案的具有一组蠕动泵和溶液罐的电渗析单元的图解。

图7(c)示出根据本公开的一些实施方案的三维电渗析单元的图解，其示出多孔碳泡沫插入件。

图7(d)示出根据本公开的一些实施方案的碳泡沫电极的SEM图像的图解。

图8(a)示出根据本公开的一些实施方案的各种电极配置的脱盐性能的曲线图。

图8(b)示出根据本公开的一些实施方案的不同盐浓度的电导率对时间的曲线图。

图8(c)示出根据本公开的一些实施方案的三维电极的稳定性的曲线图。

图9(a)示出根据本公开的一些实施方案的用于膜选择性测量的扩散池设置的图解。

图9(b)示出根据本公开的一些实施方案的作为所施加膜电势的函数的跨膜电势的曲线图，其中虚线表示理论最大跨膜电势。

图10示出根据本公开的一些实施方案的用于形成电活性膜的逐步合成程序的图解。

图11示出根据本公开的一些实施方案的在多孔氧化铝膜内部形成的中空聚苯乙烯管的俯视SEM图像的图解。