[发明专利]一种固定床电极电化学除盐装置及方法

说明书

本发明提供了一种固定床电极电化学除盐装置及方法，涉及资源回收再利用领域，用以解决现有电吸附技术在处理高含盐水时效率相对较低，而且由于需要不断停机脱附再生，使得处理装置的投资相对较高的问题。装置呈叠层结构，依次包括：第一集电极、第一填充床固定电极、阴离子交换膜、阳离子交换膜、第二填充床固定电极以及第二集电极；第一填充床固定电极呈透水结构，形成第一水流通道；阴离子交换膜与阳离子交换膜之间形成第二水流通道；第二填充床固定电极呈透水结构，形成第三水流通道。采用固定床电极结构，结合电吸附和膜技术的特点，在双电层理论的基础上，引入多南平衡效应，大大增加电化学除盐的能力和效率。

【技术领域】

本发明涉及资源回收再利用领域，尤其是一种固定床电极电化学除盐装置及方法。

【背景技术】

日益增长的人口和不断发展的社会经济水平造成了对水资源的需求越来越大，人类赖以生存的淡水资源正在受到前所未有的威胁。寻找能利用非常规水资源的技术和方法成为社会的迫切需要。地球上的水资源绝大部分以海水或苦咸水的形式存在，淡水资源极其稀缺。如果能有经济可行的除盐技术和方法，将会极大缓解淡水资源紧缺这一全球难题。通常的除盐技术和方法有蒸发、离子交换、反渗透等，但由于这些技术的除盐成本高昂，或者水的利用率低以及其它缺点，使得在实际应用中尚有很多局限。近年来，采用电化学方法进行水的处理得到越来越多的重视，以其为代表的有电渗析、电吸附等。由于电化学技术和方法采用电作为处理动力，具有能耗低，二次污染少，且耐受性强等优点，在水的各类处理特别是除盐处理方面具有独到之处，其中电吸附除盐正在得到界内的广泛关注。电吸附技术顾名思义是采用静电吸附的方式去除水中的盐类离子的，其基本原理是利用水中带电电极表面形成的双电层吸附储存离子的效应实现水中离子的分离的。在直流电场的作用下，水中离子在电极表面周期性地吸附-脱附，将水中离子进行浓缩，从而实现水的除盐。由于在整个处理过程中所需要付出的只是对电极双电层进行充电的能量，不牵涉到相变和克服渗透压，避免了通常水除盐处理过程中的高温、高压以及处理装置的结垢、堵塞失效等问题。开辟了除盐领域的新的渠道，具有非常好的推广应用前景。然而，具体的实践表明，电吸附技术在处理高含盐水时效率相对较低，而且由于需要不断停机脱附再生，使得处理装置的投资相对较高，应用范围受到很大限制。需要对其进行改进，以克服前述缺点，充分发挥电化学除盐的优势，从而能在更广大的范围内推广应用。

【发明内容】

本发明提供了一种固定床电极电化学除盐装置及方法，用以解决现有电吸附技术在处理高含盐水时效率相对较低，而且由于需要不断停机脱附再生，使得处理装置的投资相对较高的问题。

本发明的一种固定床电极电化学除盐装置，呈叠层结构，依次包括：第一集电极、第一填充床固定电极、阴离子交换膜、阳离子交换膜、第二填充床固定电极以及第二集电极；所述第一填充床固定电极呈透水结构，形成第一水流通道；所述阴离子交换膜与阳离子交换膜之间形成第二水流通道；所述第二填充床固定电极呈透水结构，形成第三水流通道。

其中，所述阴离子交换膜与阳离子交换膜之间还包括：隔离网，以及所述阴离子交换膜与阳离子交换膜之间形成的第二水流通道从所述隔离网流过。

其中，在第一集电极外侧以及第二集电极外侧还包括：固定端板。

其中，所述第一填充床固定电极的透水结构，具体采用颗粒状高比表面，以及采用高微孔隙率的导电材料作为填充材料；所述第二填充床固定电极的透水结构，具体采用颗粒状高比表面，以及采用高微孔隙率的导电材料作为填充材料。

其中，所述高微孔隙率的导电材料为活性炭材料、碳纤维材料、碳纳米碳管、石墨烯材料，或者碳纤维织物材料。例如：由粒径为2～3毫米的活性碳颗粒组成，比表面大于1000m2/g，微孔容积大于0.5cm3/g。

其中，所述第一集电极采用石墨或钛制成，所述第二集电极采用石墨或钛制成。

其中，所述隔离网采用聚合物或非导电材料制成。