[发明专利]电化学水清洁装置

说明书

本发明涉及电化学水清洗装置，其包括一个或多个具有膜电极组装件的去离子电池，所述膜电极组装件包括通过阴离子交换膜与第二电极隔室隔开的第一电极隔室，所述第一和第二隔室的每一个被配置为含有嵌入主体电极；被所述膜电极组装件与第二水物流隔室隔开的第一水物流隔室，所述第一和第二水物流隔室的每一个被配置为含有盐水溶液且被布置为与所述第一和第二电极隔室分别流体连通。

技术领域

本公开总体上涉及包括一个或多个去离子电池的电化学水清洁装置和相关方法。

背景技术

对优质饮用水的需求日益增长。但是，陆地上的淡水源有限，一些淡水正枯竭，其它来源的水质也因大量的工业和农业过程以及城市扩张而受到损害。因此，正在开发从丰富的水源——海洋水中获取淡水的技术。但是海水或盐水(saline water)含有高浓度的溶解盐，其使得这些水不适合人类消费、农业用途或工业过程。因此，在盐水可以用作饮用水之前，其需要进一步脱盐处理以降低其溶解固体的浓度。

将水脱盐的努力回溯数千年。例如，最初记录的尝试包括海上水手进行的盐水蒸发。20世纪中叶开发了第一个大规模现代脱盐方法，即多级闪蒸。从那时起，已经提出并试验了各种脱盐方法。然而，与这些方法相关的常见问题包括高能量需求、环境问题、与膜腐蚀有关的材料问题等，这些问题阻止了脱盐的更广泛使用。

发明内容

在至少一个实施方案中，公开了电化学水清洁装置。所述装置可包括一个或多个具有膜电极组装件的去离子电池，所述膜电极组装件包括被阴离子交换膜与第二电极隔室隔开的第一电极隔室，所述第一和第二隔室的每一个被配置为含有嵌入主体电极。所述电化学水清洁装置还可包括被膜电极组装件与第二水物流隔室隔开的第一水物流隔室，所述第一和第二水物流隔室的每一个被配置为含有盐水溶液并被布置为与所述第一和第二电极隔室分别流体连通。此外，所述装置可包括电源，其被配置为向嵌入主体电极供应电流，以将阳离子释放到溶液中；和控制器，其被编程为调节由电源供应的电流量，以改变在盐水溶液中存在的并穿过所述第一和第二隔室之间的阴离子交换膜的阴离子流。

在另一个实施方案中，公开了去离子电池组电池。所述电池可包括第一电极隔室，其含有第一嵌入主体电极；第一水物流隔室，其与第一电极隔室临接并流体连通；第二电极隔室，其含有第二嵌入主体电极；和第二水物流隔室，其与第二电极隔室邻接并流体连通。所述电池可进一步包括离子交换膜组装件，该离子交换膜组装件包括多个阴离子交换膜，它们被多个居间的水物流隔室与彼此和与位于阴离子交换膜之间的一个或多个阳离子交换膜隔开，其中所述第一和第二水物流隔室被所述离子交换膜组装件与彼此隔开。

根据一个或多个实施方案，公开了脱盐电池组。所述电池组可包括多个具有膜电极组装件的脱盐电池组电池，所述膜电极组装件包括被阴离子交换膜与第二电极隔室隔开的第一电极隔室，所述第一和第二隔室的每一个被配置为含有插入主体电极。所述电池组可进一步包括被膜电极组装件与第二水物流隔室隔开的第一水物流隔室，所述第一和第二水物流隔室的每一个被配置为含有盐水溶液并被布置为与所述第一和第二电极隔室分别流体连通，所述第一和第二水物流隔室被进一步配置为界定通过所述多个脱盐电池组电池的水流场的一部分。此外，所述脱盐电池组电池可包括电源，其被配置为向嵌入主体电极供应电流，以将阳离子释放到溶液中；和控制器，其被编程为调节由电源供应的电流量，以改变在盐水溶液中存在的并穿过所述第一和第二隔室之间的阴离子交换膜的阴离子流。

附图说明

图1是根据一个或多个实施方案的电池组/电容去离子电池的非限制性实例的示意图；

图2A和2B是根据各个实施方案的电池组/去离子电池的非限制性实例的示意图；

图2C是根据一个或多个实施方案的电池组/去离子电池的非限制性实例的示意图；

图3A和3B是根据某些实施方案的用于嵌入水去离子的各种堆设计的示意图；

图4A和4B是与各种公开的堆设计有关的进料水、清洁水和盐水物流的方向和取向的示意图；

图5A至5C是根据一个或多个实施方案的各种流场设计的示意图；