[发明专利]一种基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电方法及其装置

权利要求书

1.一种基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电装置，其特征在于，所述装置包括：反向电渗析模块、气液分离发生器、冷凝器；

所述反向电渗析模块包括电极和交替排列的阴阳离子交换膜堆；所述交替排列的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间形成独立的浓液池和稀液池；所述浓液池和稀液池交替排列；

其中，所述阴阳离子交换膜为两端孔径大小不一致的非对称离子交换膜；

所述浓液池的出液口和所述稀液池的出液口分别与所述气液分离发生器的进液口通过管路连接；所述气液分离发生器的出液口与浓液池的进液口通过管路连接；所述气液分离发生器的气体出口与冷凝器的进气口通过管路连接；所述冷凝器的出液口与稀液池的进液口通过管路连接。

2.根据权利要求1所述的基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电装置，其特征在于，所述阳离子交换膜的厚度为34-36μm，所述阳离子交换膜上离子孔道的孔径为11-375nm；优选地，所述阳离子交换膜上离子孔道的大孔端孔径为125-375nm，小孔端孔径为11-19nm。

3.根据权利要求1所述的基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电装置，其特征在于，所述阴离子交换膜的厚度为36-39μm，所述阴离子交换膜上离子孔道的孔径为7-375nm；优选地，所述阴离子交换膜上离子孔道的大孔端孔径为125-375nm，小孔端孔径为7-17nm。

4.根据权利要求1所述的基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电装置，其特征在于，所述阳离子交换膜的材料包括聚醚砜、聚醚醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚醚醚酮；所述阴离子交换膜的材料包括聚醚砜、聚醚醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚醚醚酮、聚多巴胺。

5.根据权利要求1所述的基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电装置，其特征在于，所述阴阳离子交换膜小孔端朝向浓液池，所述阴阳离子交换膜大孔端朝向稀液池。

6.根据权利要求1所述的基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电装置，其特征在于，所述电极为碳纳米管/锰酸锂复合材料电极；优选地，所述电极厚度为500-600μm。

7.根据权利要求1所述的基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电装置，其特征在于，所述发电装置还包括混液池；所述浓液池的出液口和稀液池的出液口分别与所述混液池的进液口通过管路连接，所述混液池的出液口与所述气液分离发生器的进液口通过管路连接；

优选地，所述混液池的出液口与所述气液分离发生器的进液口的连接管路与所述气液分离发生器的出液口与浓液池的进液口的连接管路之间存在热交换；所述混液池的出液口与所述气液分离发生器进液口的连接管路与所述气液分离发生器的气体出口与冷凝器的进气口的连接管路之间存在热交换。

8.一种反向电渗析发电方法，其特征在于，所述发电方法是利用权利要求1-7任一所述基于非对称离子交换膜的封闭式反向电渗析发电装置进行的。

9.根据权利要求8所述的反向电渗析发电方法，其特征在于，所述发电方法中的工作液为溴化锂溶液；所述溴化锂溶液分为浓溶液和稀溶液；优选地，所述浓溴化锂溶液的浓度为0.5-15mol/L；所述稀溴化锂溶液的浓度为0.001-0.01mol/L。

10.根据权利要求9所述的反向电渗析发电方法，其特征在于，所述发电过程包括以下步骤：

1)将浓溴化锂浓液和稀溴化锂浓液分别引入浓液池和稀液池，浓溴化锂溶液中的阴、阳离子在浓度差的推动下由浓液池侧迁移入稀液池侧而形成内电流，聚集在阳极电极上的电子则传输至外电路，形成外电流；

2)浓液池中离子浓度减小后的中浓度溴化碘溶液和稀液池中离子浓度增大后的中浓度溴化碘溶液在气液分离发生器中发生气液分离后，形成浓溴化锂浓液和水蒸气；所述浓溴化锂溶液通过气液分离发生器的浓液出口导入浓液池中，从而完成浓溴化锂溶液的再生；

3)所述水蒸气冷凝后与加入的溴化锂粉末混合，形成稀溴化锂溶液，由冷凝器的出液口通过管路进入稀液池，完成稀溴化锂溶液的再生；

优选地，步骤1)中，所述浓溴化锂溶液在浓液池中的流动方向与稀溴化锂溶液在稀液池中的流动方向相反。