一種氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置，它包括進(jìn)氣裝置、進(jìn)水裝置、外殼、設(shè)于外殼內(nèi)部的多孔導(dǎo)電材料、電極板及離子隔膜。在外殼內(nèi)部的上端有出水腔，出水腔的一端設(shè)出水口，上端設(shè)出氣口。在外殼內(nèi)部的下端有進(jìn)水腔，進(jìn)水腔的一端為進(jìn)氣口，另一端為進(jìn)水口，進(jìn)水腔的上部是有序排列的小孔。外殼中部為吸附腔，其兩端為接通導(dǎo)線的金屬電極板。在金屬電極板之間交替排列多層多孔導(dǎo)電吸附材料和離子隔膜，將兩端支撐板壓緊形成電吸附水處理模塊。在金屬電極板兩端給予電壓時(shí)，中間填充的導(dǎo)電材料會在感應(yīng)電場下產(chǎn)生電位差。吸附時(shí)只進(jìn)水；脫附清洗時(shí)同時(shí)進(jìn)氣與進(jìn)水，氣體經(jīng)過小氣孔分散，可增加擾動，提高脫附效率。
【專利說明】一種氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電吸附裝置，具體的說，涉及一種氣體輔助脫附的電容式電吸附
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)與社會的不斷發(fā)展，水資源的短缺越發(fā)緊迫。水資源的危機(jī)也推動了廢水回用的發(fā)展。目前，廢水回用的方法主要采用膜法，電滲析法，離子交換法，蒸餾法和電吸附法等方法。膜法和電滲析法存在膜易污染和膜中毒的問題，蒸餾法能耗大，離子交換法存在二次污染等問題。電吸附法的原理是在電極板間施加特定的電壓或電流，當(dāng)廢水通過極板間時(shí)，液體中的正離子向負(fù)極板移動，負(fù)離子向正極板移動，通過電極板吸附水中的電荷，達(dá)到凈化出水的目的。當(dāng)吸附飽和后通過施加反向電場使電極板再生。
[0003]但在電吸附法的實(shí)際應(yīng)用中，使用的相鄰兩電極板一片帶正電另一片帶負(fù)電的形式，電壓過高容易引起電解反應(yīng)，因此電壓要低于水的電解電壓，造成電場強(qiáng)度較低，吸附效率不高，在本發(fā)明中采用了在極板間形成平行感應(yīng)電場的形式完成電吸附功能，使相鄰極板間的電壓得以提高，從而提高電吸附效率。
[0004]電吸附裝置中電極吸附材料是吸附效率的關(guān)鍵。目前，對于吸附材料多選擇多孔碳材料，如活性炭，活性炭纖維，炭氣凝膠，碳納米管等。通常電吸附水處理模塊中的電極板是以導(dǎo)電的剛性材料如泡沫鈦板、不銹鋼板或石墨板等作為集電板和支撐基板，將上述吸附材料通過導(dǎo)電膠與集電板緊密接觸形成雙面電極板，電極板之間由絕緣導(dǎo)流材料隔開一定距離，形成兩個(gè)電極板之間的溶液通道，通過設(shè)計(jì)水流方式增加接觸面積。但仍舊存在吸附效率低的問題。專利CN 101973608 A中，電極板或墊圈變形會導(dǎo)致極板間距不同，也會影響吸附效率。
[0005]當(dāng)吸附材料吸附飽和后，需要將電極板反接或短接來實(shí)現(xiàn)再生。但由于相鄰電極板間距越小時(shí)，吸附效率越高，所以一般相鄰電極板間距設(shè)計(jì)得都很窄，造成脫附時(shí)離子不易快速離開吸附材料，降低了脫附效率。專利CN 201817309 U中考慮了增加反洗過程及反洗水回用過程來提高再生效率和產(chǎn)水率。但該過程復(fù)雜，增加了再生次數(shù)和清洗時(shí)間。專利CN 102126772 A中增加酸洗再生過程來達(dá)到徹底再生的目的。但該過程需要配備酸儲罐，且產(chǎn)生酸廢水。因此優(yōu)化脫附方式，提高脫附效率仍是電吸附應(yīng)用中的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:將高孔隙率的多孔導(dǎo)電吸附材料電極片如活性炭材料等加工制成厚度均勻的多孔片狀或纖維氈狀電極片，將多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)和離子隔膜(13)交替緊密排列，多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)內(nèi)部的不規(guī)則孔隙即為溶液通道。同時(shí)厚度均勻的多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)在緊密排列過程中會保證相鄰電極片間距相同且不易變形。該過程中，既增加了水流擾動，又增加了溶液與吸附材料的接觸面積，增加吸附效率。在裝置兩端的金屬電極板與電源連接形成回路，在兩端給予高電壓時(shí)，中間填充的導(dǎo)電材料會在感應(yīng)電場下產(chǎn)生電位差，使各個(gè)多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)間的感應(yīng)電壓維持在低于發(fā)生水電解電壓的水平，從而提高電吸附效率。在脫附時(shí)引入壓縮空氣進(jìn)行吹掃攪動，利用空氣擾動，將脫附離子快速帶離并破壞濃度梯度與極化現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)快速有效的再生過程。
[0008]一種氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置，它包括進(jìn)氣裝置、進(jìn)水裝置、外殼(1)、設(shè)于外殼(1)內(nèi)部的多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)、金屬電極板(2)及離子隔膜(13)。電吸附模塊外殼(1)內(nèi)部由上下兩塊隔板分為進(jìn)水腔(4)，吸附腔(14)和出水腔(3)三個(gè)部分。進(jìn)水腔⑷有進(jìn)水口⑶和進(jìn)氣口(7)，進(jìn)水腔(4)與吸附腔(14)間的隔板上等間隔分布第二分布孔(10),第二分布孔(10)的數(shù)量大于8,直徑小于進(jìn)水管直徑的0.35倍。第二分布孔(10)的總面積與進(jìn)水管截面積相同。
[0009]吸附腔(14)中緊密裝填多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)和離子隔膜(13)。出水腔
(3)有出水口(5)和出氣口(6)，出水腔(3)與吸附腔(14)間的隔板上等間隔分布第一分布孔(9)。第一分布孔(9)的總面積是進(jìn)水管截面積的1.5倍。
[0010]吸附腔(14)內(nèi)部兩端為接通導(dǎo)線的金屬電極板(2)，在金屬電極板⑵之間交替緊密排列多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)與離子隔膜(13)。金屬電極板(2)與直流穩(wěn)壓電源(11)相連。在兩端給予高電壓時(shí)，中間填充的導(dǎo)電材料會在感應(yīng)電場下產(chǎn)生電位差。根據(jù)外加直流電壓的不同，可調(diào)整金屬電極板⑵間多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)與離子隔膜(13)層數(shù)為2-100層。
[0011]由于多孔導(dǎo)電材料的多孔性，水從多孔導(dǎo)電材料內(nèi)部孔隙通過，增加接觸面積，提高吸附效率。
[0012]多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)為活性炭碳纖維氈，活性炭顆粒加工制成片狀吸附電極片或碳納米管加工制成片狀吸附電極片。
[0013]進(jìn)行脫附時(shí)，在進(jìn)水的同時(shí)進(jìn)氣，氣體經(jīng)過第二分布孔(10)分散，增加吸附腔內(nèi)水流的擾動，使吸附于多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)中的高濃度離子迅速脫附，并可在短時(shí)間內(nèi)破壞水中的濃度梯度，提高脫附效率。
[0014]離子隔膜(13)為可以使離子自由通過的微孔絕緣膜。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0016]1.吸附腔內(nèi)為厚度均勻的片狀多孔導(dǎo)電吸附材料(12)與離子隔膜(13)交替緊密排列，可以避免電極變形造成電極板間距變化降低吸附效率。
[0017]2.多孔導(dǎo)電吸附材料內(nèi)部孔隙即為溶液通道，既增加了水流擾動，又增加了溶液與吸附材料的接觸面積，增加吸附效率。
[0018]3.兩端金屬電極板與直流電源相連，在極板間形成平行感應(yīng)電場的形式完成電吸附功能，使相鄰極板間的電壓得以提高，從而提高了電吸附效率。
[0019]4.在脫附時(shí)引入壓縮空氣，利用壓縮空氣增加擾動，將脫附離子快速帶走，實(shí)現(xiàn)快速有效，節(jié)水的再生過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置的剖面示意圖；
[0021]圖2是氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置的側(cè)面示意圖；
[0022]圖3是氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置的電極板與隔膜排列方式示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]一種氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置，它包括進(jìn)氣裝置、進(jìn)水裝置、外殼(I)、設(shè)于外殼(I)內(nèi)部的多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)、金屬電極板(2)及離子隔膜(13)。電吸附模塊外殼⑴內(nèi)部由上下兩塊隔板分為進(jìn)水腔(4)，吸附腔(14)和出水腔(3)三個(gè)部分。進(jìn)水腔⑷有進(jìn)水口⑶和進(jìn)氣口(7)，進(jìn)水腔(4)與吸附腔(14)間的隔板上等間隔分布第二分布孔(10),第二分布孔(10)的數(shù)量大于8,直徑小于進(jìn)水管直徑的0.35倍。吸附腔(14)中緊密裝填多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)和離子隔膜(13)。出水腔(3)有出水口(5)和出氣口(6)，出水腔(3)與吸附腔(14)間的隔板上等間隔分布第一分布孔(9)。第一分布孔(9)的總面積是進(jìn)水管截面積的1.5倍。
[0025]電吸附工作時(shí)，接通電源，在兩端金屬電極板間接入30-60V直流電壓，在兩塊金屬電極板間交替排列活性炭纖維電極片25層和離子隔膜26層。鹽溶液由水泵從進(jìn)水口(8)輸送進(jìn)入進(jìn)水腔，通過第二分布孔(10)分流后進(jìn)入吸附腔，通過多孔導(dǎo)電吸附電極片內(nèi)部的孔隙，從第一分布孔(9)進(jìn)入出水腔，由出水口(3)排出，得到脫鹽水。
[0026]脫附清洗時(shí)進(jìn)水的同時(shí)，由進(jìn)氣口(7)進(jìn)氣，氣體經(jīng)過第二分布孔(10)分散，流經(jīng)吸附腔(14)，從出水端第一分布孔(9)流入出水腔(3)，與清洗水一起從出水口(5)和出氣口⑶排出。
[0027]實(shí)施實(shí)例:
[0028]金屬電極板為長寬為400_的不銹鋼板。多孔導(dǎo)電電極材料為活性炭纖維氈，活性炭纖維氈的厚度為2mm，比表面積(BET)為1450_1550m2/g，孔隙分布率> 90%，纖維表面平均孔徑2nm。離子隔膜采用25μπι厚的PP隔膜，該隔膜的孔隙率為40±5%。在兩片金屬電極板中交替緊密排列活性炭纖維氈24片與離子隔膜25片。兩片金屬電極片與電源連接，在兩電極片間加壓50V。進(jìn)料液電導(dǎo)率為200(^111/011，進(jìn)料速度為13.8171^11。出水電導(dǎo)率為651 μ m/cm,即吸附率為67.45%。出水1min后進(jìn)行脫附，去電壓，通氣，氣量為15L/min。通氣過程進(jìn)行l(wèi)min，此時(shí)出水的電導(dǎo)率為1887 μ m/cm。循環(huán)該過程100次后，吸附過程出水電導(dǎo)率為644 μ m/cm,脫附過程出水電導(dǎo)率為1920ym/cm。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置，其特征在于:它包括進(jìn)氣裝置、進(jìn)水裝置和外殼(I);外殼(I)內(nèi)部由上下兩塊隔板分為進(jìn)水腔(4)，吸附腔(14)和出水腔(3)三個(gè)部分；進(jìn)水腔⑷有進(jìn)水口⑶和進(jìn)氣口(7)，進(jìn)水腔(4)與吸附腔(14)間的隔板上等間隔分布第二分布孔(10)，出水腔(3)與吸附腔(14)間的隔板上等間隔分布第一分布孔(9)；出水腔⑶有出水口(5)和出氣口(6)，吸附腔(14)中兩端為接通電源的金屬電極板(2)，介于兩金屬電極板之間交替緊密排列多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)和離子隔膜(13)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于第二分布孔(10)的數(shù)量大于8，直徑小于進(jìn)水管直徑的0.35倍。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:第二分布孔(10)的總面積與進(jìn)水管截面積相同；第一分布孔(9)的總面積是進(jìn)水管截面積的1.5倍。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:多孔導(dǎo)電材料(12)包括活性炭碳纖維氈，活性炭顆粒加工制成片狀吸附電極片或碳納米管加工制成片狀吸附電極片。
5.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的氣體輔助脫附的電容式電吸附裝置的方法，其特征在于:吸附腔(14)兩端為與直流電源(11)相連的金屬電極板⑵，電壓加于兩端金屬電極板⑵；在金屬電極板⑵之間交替緊密排列多孔導(dǎo)電吸附材料電極片(12)和離子隔膜(13);在兩端給予電壓時(shí)，中間填充的導(dǎo)電材料會在感應(yīng)電場下產(chǎn)生電位差。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于吸附飽和后，進(jìn)行脫附時(shí)，將金屬電極板反接或短接，在進(jìn)水的同時(shí)進(jìn)氣。
【文檔編號】C02F1/469GK104386786SQ201410690277
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】王麗莉 申請人:王麗莉