[发明专利]一种杂化电容去离子脱盐模块及脱盐方法

说明书

本发明涉及一种杂化电容去离子脱盐模块及脱盐方法，涉及电容去离子技术领域。一种杂化电容去离子脱盐模块，其特征在于：所述模块包括：两个相对设置的端板，两个相同尺寸的端板的四周边缘处利用密封材料相互密封固定；两个相对设置且两者间具有间隔的平面电极，两个电极位于两个端板之间，其中，一个电极I为法拉第赝电容材料电极，另一个电极II为双电层电容材料电极；置于两个相对设置的平面电极间的阴离子交换膜。本发明所述脱盐模块同时兼具了较大的脱盐量以及快速的再生速率，具有很大的工业化应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种杂化电容去离子脱盐模块及脱盐方法，涉及电容去离子技术领域。

背景技术

地球水资源丰富，但淡水资源十分匮乏(占比2.7％)，且大部分的淡水以冰川水的形式储存在南北两极，难以被有效利用。而且可利用淡水资源的分布十分不均，如何解决淡水的持续供应已经是一个不可回避的问题。相较于淡水资源，海水及苦咸水资源十分丰富，进行有效的海水淡化是解决淡水资源短缺的最佳途径。电容去离子技术是一种新兴的脱盐技术，相较于传统的脱盐方案，该技术具有能耗低，无二次污染等优点。基于双电层电容的原理，传统的电容去离子脱盐模块是由两个对立的活性炭电极组成。在脱盐的过程中，对两个电极间施加一个电压，溶液中的离子会分别吸附到活性炭电极的孔道中。但是由于双电层电容仅在材料的界面进行反应，导致了较小的饱和脱盐量。而且由于存在离子再次吸附的问题，在电极的再生过程中不能采用电压反接的电极再生方式，制约了再生效率。

相较于双电层电容的脱盐机理，基于法拉第反应的赝电容材料不仅能够有效利用材料的界面进行离子的储存，而且能通过溶液中的离子嵌入材料晶格的方式来储存大量的离子。基于这样的原理进行设计出的电池型脱盐器件具有数倍于传统双电层电容型脱盐器件的饱和脱盐器件。但是虽然该种器件具有较高的理论脱盐量，但是离子在电极材料中的扩散速度十分缓慢，这严重制约了脱盐速率，导致了该种脱盐器件难以满足实际应用的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种杂化电容去离子脱盐模块，该模块的一极选用具有拉第活性的赝电容材料，另一极选用典型的双电层脱盐原理的炭质材料，并将炭质材料用阴离子交换膜包覆。该器件表现出较高的饱和脱盐量以及较快的脱盐速率。

一种杂化电容去离子脱盐模块，所述模块包括：

两个相对设置的端板，两个相同尺寸的端板的四周边缘处利用密封材料相互密封固定；

两个相对设置且两者间具有间隔的平面电极，两个电极位于两个端板之间，其中，一个电极I为法拉第赝电容材料电极，另一个电极II为双电层电容材料电极；

置于两个相对设置的平面电极间的阴离子交换膜。

本发明所述杂化电容去离子脱盐模块整体为一个密封体，其具有两个相同的端板，两个端板相对设置，且两个端板之间具有一定的间隔，两个端板利用涂覆在端板四周边缘的密封材料密封固定连接。密封材料的厚度决定了端板之间的间距大小。所述端板设至少设有一个通孔，用于液体流入或流出密封模块。

进一步地，所述端板起结构固定作用，其材料优选为有机玻璃、PVC、不锈钢、塑料等。

本发明所述端板利用具有一定弹性的密封材料彼此固定连接，弹性材料厚度均匀，以保证两个电极间保持等距的间隔。

进一步地，所述密封材料为现有技术提供的具有一定弹性的密封材料，如硅胶、橡胶、柔性塑料等。

本发明所述阴离子交换膜为对阴离子具有选择透过性作用的均相离子交换膜或非均相离子交换膜，均可商业购得或根据现有技术公开的方法制得。