專利名稱:可再生過濾器裝置及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本公開內(nèi)容涉及可再生過濾器裝置及其驅(qū)動方法。所述過濾器裝置可用于多種金屬的去除。
背景技術(shù):
由于隨著經(jīng)濟增長的變化著的工業(yè)化,對重金屬的需求一直在增加。許多重金屬由于其相對的毒性而對人體和生態(tài)系統(tǒng)具有廣泛的影響,且還可作為環(huán)境如河流、土壤等的污染物。由不加選擇的重金屬引起排放的水污染已經(jīng)引起全球性問題數(shù)十年。使人體和生態(tài)系統(tǒng)受不利影響的有毒金屬元素可包括鉻(Cr)、銅(Cu)、鉛(Pb)、汞(Pb)、錳(Mn)、鎘 (Cd)、鎳(Ni)等。金屬元素的產(chǎn)生來源可包括電鍍廠、冶煉廠、皮革廠、油漆制造廠等。在飲料、冰淇淋等的制備中也排放相對大量的金屬。此外,鐵(Fe)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)、 猛(Mn)等可從礦山排放。公眾可暴露于由重金屬引起的水污染問題。通常,在水處理廠中處理且符合飲用水標準的清潔水供應(yīng)至供應(yīng)城市和家庭的供水系統(tǒng)。然而,當將水供應(yīng)給用戶時,仍可能包含重金屬(如從老化的水管浸出的銅(Cu)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)等)。在各種重金屬中,已知鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)等如果積聚在身體中則具有致命的毒性。通常使用的重金屬處理方法包括沉淀、吸附、離子交換、反滲透、生物處理等。在它們之中,沉淀和吸附典型地應(yīng)用于工業(yè)和公用水凈化,和生物處理被部分地使用,但是由于尺寸減小和使用方便的問題,這些不是同樣地適合于家用水凈化。因此,對于家用水凈化器,通常使用反滲透和離子交換。盡管水凈化器中的反滲透過濾器可去除大部分雜質(zhì),但其還可去除存在于水中的有益礦物成分(Ca、Mg等)。因而,可需要向凈化水中添加礦物質(zhì)的后處理。此外,使用符合高能量消耗的反滲透去除相對少量的重金屬在能量效率方面是不利的。如果使用離子交換樹脂過濾器,其可選擇性地去除重金屬且在能量效率方面可為合乎需要的,但是取決于流入水的污染程度,甚至在預(yù)定的更換時間之前過濾器性能可惡化。結(jié)果,飲用重金屬污染的水的可能性可增大。此外,過濾器要求周期性的更換,由此產(chǎn)生額外的費用和對用戶的不便。
發(fā)明內(nèi)容
各種示例性實施方式涉及過濾器裝置,其可選擇性地吸附/去除水中存在的有害金屬/金屬離子以提供適于飲用且可口的水,同時保留水中存在的有益礦物質(zhì)。
各種示例性實施方式涉及過濾器裝置,其可原位再生以避免周期性的更換。各種示例性實施方式涉及驅(qū)動所述可再生過濾器裝置的方法。各種示例性實施方式涉及驅(qū)動可再生過濾器裝置的方法,其可通過電化學再生使金屬吸附劑再生而不拆卸所述過濾器裝置且不使用單獨的電解質(zhì)。根據(jù)一個示例性實施方式,過濾器裝置可包括過濾器單元,其包括布置以彼此間隔開且相對的第一電極和第二電極,所述第一和第二電極的至少一個包括具有導電性的一個或更多個電極材料層,所述一個或更多個電極材料層包括金屬吸附材料(金屬吸附劑); 和電壓施加器,其配置成在所述過濾器單元的運行之后根據(jù)各種條件向所述第一電極和所述第二電極施加電壓所需的時間量。根據(jù)另一示例性實施方式,過濾器裝置可包括過濾器單元,其包括布置以彼此間隔開且相對的第一電極和第二電極,所述第一和第二電極的至少一個包括具有導電性的多個電極材料層,所述多個電極材料層包括金屬吸附材料(金屬吸附劑);和電壓施加器,其配置成在所述過濾器單元的運行之后根據(jù)各種條件向所述第一電極和所述第二電極施加電壓所需的時間量。所述過濾器裝置可進一步包括在所述第一電極與所述第二電極之間的多個水滲透性隔板,其中所述第一電極、所述第二電極和所述多個電極材料層可串聯(lián)或并聯(lián)電連接。根據(jù)另一示例性實施方式,驅(qū)動過濾器裝置的方法可包括在沒有電壓施加的情況下使流入水通過過濾器單元以使金屬/金屬離子吸附至所述過濾器單元的金屬吸附劑,及向第一電極和第二電極施加電壓以使吸附至所述金屬吸附劑的金屬/金屬離子解吸,由此使所述金屬吸附劑再生。所述過濾器單元可包括布置以彼此間隔開且相對的所述第一電極和所述第二電極。所述第一電極和所述第二電極的至少一個可包括具有導電性的一個或更多個電極材料層,和所述一個或更多個電極材料層可包括所述金屬吸附劑。所述金屬吸附劑可在其表面上包含選擇性地與金屬/金屬離子結(jié)合的堿性官能團。所述金屬吸附劑可選自活性炭、高比表面積石墨、碳納米管(CNT)、中孔碳、活性炭纖維、陽離子交換樹脂、沸石、蒙脫石、蛭石、或其組合。所述第一電極和所述第二電極之一可包括在其表面上包含選擇性地與金屬/金屬離子結(jié)合的堿性官能團的碳材料,且所述第一電極和所述第二電極的另一個可為包括用于水的水解的催化劑的催化劑負載電極或包括非催化材料的惰性電極。所述用于水的水解的催化劑或所述非催化材料可包括金屬、金屬氧化物、不銹鋼、 玻璃碳、石墨、炭黑、或其組合。所述金屬可包括鉬(Pt)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銀(Ag)、金(Au)、 銥(Ir)、鈀(Pd)、鈷(Co)、釩(V)、鐵(Fe)、及其組合,且所述金屬氧化物的實例可包括Pt02、 IrO2, TiO2, CaTi03、NaffO3> MnO2, RuO2, PbO2、及其組合。 所述電壓施加器可通過所施加的電壓使所述金屬吸附劑原位再生。所述電壓施加器可施加足以促進在所述第一電極與所述第二電極之間的水的水解的大小的電壓。所述過濾器裝置可進一步包括在所述第一電極與所述第二電極之間的水滲透性隔板,及所述第一電極和所述第二電極可具有螺旋形卷繞的結(jié)構(gòu)。用于施加電壓的各種條件可選自所需時間、金屬離子的濃度、礦物成分的濃度、或其組合。所述第一電極和/或所述第二電極的表面的PH可通過由所述電壓施加器施加的電壓局部地(locally)控制為約5或更低,使得吸附至所述金屬吸附劑的金屬離子可解吸。此外,所述第一電極和/或所述第二電極的表面可通過由所述電壓施加器施加的電壓氧化,使得可產(chǎn)生堿性官能團。
圖I為根據(jù)一個示例性實施方式的過濾器裝置的示意圖。圖2顯示對于圖I的過濾器裝置的金屬離子去除機理。圖3為根據(jù)另一示例性實施方式的過濾器裝置的示意圖。圖4為根據(jù)另一示例性實施方式的過濾器裝置的示意圖。圖5為根據(jù)另一示例性實施方式的過濾器裝置的示意圖。圖6為顯示根據(jù)實施例I的過濾器裝置的總?cè)芙夤腆w(TDS)和殘余Pb的量隨時
間的圖。圖7顯示根據(jù)實施例I和實施例2的過濾器裝置的根據(jù)電壓施加循環(huán)的Pb去除率。
圖8顯示通過X射線光電子能譜法(XPS)分析在電壓施加之后的根據(jù)實施例I的
過濾器裝置的電極表面上的官能團的結(jié)果。
具體實施例方式在下文中將參照附圖更充分地描述示例性實施方式。然而,示例性實施方式可以許多不同的形式體現(xiàn)且不應(yīng)解釋為限于本文中所闡述的。在附圖中,為了清楚,可已經(jīng)放大層、膜、面板、區(qū)域等的厚度。在整個說明書中,相同的附圖標記表示相同的元件。將理解,當一個元件如層、膜、區(qū)域或基底被稱為“在”另外的元件“上”時,其可在直接在所述另外的元件上,或者還可存在中間元件。相反,當一個元件被稱為“直接在”另外的元件“上”時,則不存在中間元件。如本文中所使用的術(shù)語“和/ 或”包括一個或多個關(guān)聯(lián)的列舉項目的任何和全部組合。將理解,盡管術(shù)語第一、第二、第三等可在本文中用來描述各種元件、組分、區(qū)域、 層和/或部分,但這些元件、組分、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)被這些術(shù)語所限制。這些術(shù)語僅用來使一個元件、組分、區(qū)域、層或部分區(qū)別于另外的元件、組分、區(qū)域、層或部分。因而,在不背離示例性實施方式的教導的情況下,可將下面討論的第一元件、組分、區(qū)域、層或部分稱為第二元件、組分、區(qū)域、層或部分。為了便于描述,在本文中可使用空間相對術(shù)語如“在......之下”、“在......下
面”、“下部”、“在......之上”、“上部”等來描述如圖中所示的一個元件或特征與另外的元
件或特征的關(guān)系。將理解,除圖中所示的方位之外,空間相對術(shù)語還意圖包括在使用或操作中的裝置的不同方位。例如,如果翻轉(zhuǎn)圖中的裝置,則被描述為“在”另外的元件或特征“下
面”或“之下”的元件將被定向在所述另外的元件或特征“之上”。因而,術(shù)語“在......下
面”可包括在......之上和在......下面兩種方位。裝置可以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度
或在其它方位上),并且本文中使用的空間相對描述詞相應(yīng)地解釋。本文中使用的術(shù)語僅僅是為了描述各種實施方式,而非意圖對示例性實施方式進行限制。如本文中所使用的單數(shù)形式“一種(個)”和“該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式,除非上下文清楚地另外說明。將進一步理解,如果在本文中使用,術(shù)語“包含”、“包括”、“含有”和/ 或“含”表示存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組分,但不排除存在或添加一種或多種另外的特征、整體、步驟、操作、元件、組分和/或其集合。在本文中參照橫截面圖描述示例性實施方式,所述橫截面圖為示例性實施方式的理想化實施方式(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖。如此,將預(yù)期由于例如制造技術(shù)和/或公差引起的與所述圖的形狀的偏差。因而,示例性實施方式不應(yīng)解釋為限于在此所圖示的區(qū)域的形狀,而是包括由例如制造所造成的形狀上的偏差。除非另外定義,在本文中所使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學術(shù)語)的含義與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義相同。將進一步理解,術(shù)語,包括在常用詞典中定義的那些,應(yīng)被解釋為其含義與它們在相關(guān)領(lǐng)域的背景中的含義一致,且不在理想化或過于形式的意義上進行解釋,除非在本文中清楚地如此定義。在下文中,將參照圖I和圖2描述根據(jù)一個示例性實施方式的過濾器裝置。圖I為根據(jù)一個示例性實施方式的過濾器裝置的示意圖,且圖2顯示對于圖I的過濾器裝置的金屬離子去除機理。參照圖1,過濾器裝置10包括過濾器單元20,其包括布置以彼此間隔開且相對的第一電極12和第二電極14,第一電極12和第二電極14的至少一個包括具有導電性的電極材料層,所述電極材料層包括金屬吸附材料(金屬吸附劑);和電壓施加器30,其用于在過濾器單元20的運行之后取決于條件向第一電極12和第二電極14 施加電壓所需的時間量。第一電極12和第二電極14可分別包括第一和第二集流體12a和14a、以及位于第一和第二集流體12a和14a上的第一和第二電極材料層12b和14b。第一和第二集流體 12a和14a可由石墨箔、鈦箔等形成?;蛘撸Q于用于第一和第二電極材料層12b和14b 的電極材料的類型,第一和第二集流體12a和14a可省略。在金屬離子吸附之后的施加電壓的過程期間,第一和第二集流體12a和14a可促進在電極上施加相對均勻的電壓。第一和第二電極材料層12b和14b的至少一個可包括金屬吸附劑。所述金屬吸附劑的實例可包括活性炭、高比表面積石墨(HSAG)、碳納米管(CNT)、中孔碳、活性炭纖維、陽離子交換樹脂、沸石、蒙脫石、蛭石等。所述高比表面積石墨可具有約100 300m2/g的比表面積。所述金屬吸附劑可在其表面上包含選擇性地與重金屬離子結(jié)合的堿性官能團 (含氧官能團)。所述堿性官能團選擇性地顯示對酸性金屬離子、特別是重金屬離子的強的吸附。例如,其中堿性官能團例如-C00_或_0_(其可衍生自例如羧基、羥基等的官能團)吸附重金屬離子(如Pb2+)的反應(yīng)由以下反應(yīng)方案I表示。[反應(yīng)方案I]-C00H+Pb2++H20 — _C00Pb++H30+C*-0H+Pb2++H20 — C*_0Pb++H30+(-C00H) 2+Pb2++2H20 — (_C00) 2Pb+2H30+C*-0-C*+2H20 — C20H22++20r2 (C2OH22+) +Pb2+ — (C2O) 2Pb2++4H.第一電極12和第二電極14的至少一個可包括在其表面上包含選擇性地與金屬離子結(jié)合的堿性官能團的碳材料,而另一個可為包括用于水的水解的催化劑的催化劑負載電極或包括非催化材料的惰性電極。所述用于水的水解的催化劑可降低水的水解過電壓,使得在金屬離子吸附之后的電壓施加過程中在相同的電壓下可實現(xiàn)相對高電流的驅(qū)動。所述用于水的水解的催化劑或所述非催化材料可包括金屬、金屬氧化物、不銹鋼、 玻璃碳、石墨、炭黑、或其組合。所述組合是指兩種或更多種組分的混合物、堆疊結(jié)構(gòu)等。所述金屬可選自鉬(Pt)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銀(Ag)、金(Au)、銥(Ir)、鈕(Pd)、鈷(Co)、 凡(V)、 鐵(Fe)、或其組合。所述組合是指兩種或更多種金屬的混合物、合金、堆疊結(jié)構(gòu)等。所述金屬氧化物的實例可包括Pt02、IrO2, Ti02、CaTi03、NaffO3> MnO2、RuO2、PbO2、或其組合。所述組合是指兩種或更多種金屬氧化物的混合物、堆疊結(jié)構(gòu)等。用于第一電極12和第二電極14的電極材料可覆蓋有納米顆粒?;蛘撸鲭姌O材料可僅沉積作為薄膜。如圖I中所示,當未施加電壓時,流入水接觸電極的金屬吸附劑,流入水中的金屬吸附到金屬吸附劑上,且經(jīng)處理的水通過電極的孔18排出。例如,流入水中的重金屬離子如Pb2+可與存在于第一電極12的第一電極材料層12b表面上的堿性官能團(L)配位結(jié)合, 且由此被吸附。如圖2中所示,如果金屬離子吸附至堿性官能團且離子去除率降低,則在第一電極12與第二電極14之間施加電壓,使得金屬離子可從金屬吸附劑解吸。具體地,金屬吸附劑通過在第一電極12與第二電極14之間施加的電壓原位再生??上虻谝浑姌O12施加正(+)電壓且可向第二電極14施加負(_)電壓。結(jié)果,可在第一電極12和第二電極14的表面上引起水的水解反應(yīng)。因此,可在第一電極12的表面上產(chǎn)生H+離子以將電極表面的pH局部降低至約5或更低。然后,吸附至堿性官能團的金屬離子可通過競爭反應(yīng)解吸且排出。此外,過濾器裝置10可短路以促進金屬離子排出。水的水解反應(yīng)和表面氧化反應(yīng)可同時發(fā)生在第一電極12的表面上??赏ㄟ^表面氧化反應(yīng)在第一電極12的表面上引入額外的堿性官能團。具體地,可電化學地引起第一電極12的堿性官能團的產(chǎn)生。在其中第一電極12中的金屬吸附劑為基于碳的材料如活性炭、高比表面積石墨(HSAG)、碳納米管(CNT)、中孔碳、活性炭纖維等的情況中,可引入堿性官能團以具有約O. 02或更高的氧/碳(0/C)原子比(基于XPS表面分析)。根據(jù)非限制性實施方式,可引入堿性官能團以具有約O. 03 O. 2的0/C原子比。電壓施加器30的電壓施加可在金屬吸附反應(yīng)已進行之后根據(jù)一種或多種所需條件(例如,在所需的時間量之后,或者根據(jù)所需的金屬離子或礦物成分濃度)進行。電壓施加時間可基于吸附劑的量、流入水中的金屬離子組成、經(jīng)處理的水的流速等確定。過濾器裝置10可進一步包括可檢測處理水的流體特性的傳感器(或監(jiān)控系統(tǒng))。電壓施加可通過以約O. I秒 約5分鐘的單位施加脈沖電壓進行??蓽y量(和/或監(jiān)控)處理水中金屬離子(例如,重金屬離子)的濃度。例如,如果金屬離子的濃度高于飲用水標準,可施加電壓,和/或如果經(jīng)處理的水的金屬離子或礦物成分的濃度不適合于飲用水,可施加電壓。過濾器裝置10可進一步包括可檢測金屬離子 (和/或礦物成分)的濃度的傳感器(和/或監(jiān)控系統(tǒng))。電壓施加器30可施加容許在第一電極12與第二電極14之間的水的水解的大小的電壓。所述容許水的水解的大小的電壓可為約I. 23V或更高,例如,約2V 約30V。過濾器裝置10可通過在第一電極12與第二電極14之間施加電壓使金屬吸附劑的性能電化學地再生而不拆卸該裝置。此外,過濾器裝置10可在流入水條件下使金屬吸附劑的性能再生而不使用單獨的電解質(zhì)。如所述的,由于金屬吸附過程和用于金屬吸附的堿性官能團的再生過程可通過原位過程進行,可通過相對簡單的方法選擇性地去除金屬離子 (特別是重金屬離子)。如果以這種方式去除金屬離子,則所述過濾器裝置可半永久性地使用且可提供可降低過濾器的維護費用的過濾器裝置。水滲透性隔板16可插入在第一電極12與第二電極14之間。隔板16可實現(xiàn)流入水的相對平穩(wěn)的流動。隔板16還可在通過電壓施加器30施加電壓期間起到絕緣體的作用。 隔板16可由聚烯烴如聚乙烯、聚丙烯等形成。圖3為根據(jù)另一示例性實施方式的過濾器裝置100的示意圖。圖4為根據(jù)另一示例性實施方式的過濾器裝置200的示意圖。圖3顯示包括過濾器單元的過濾器裝置100,所述過濾器單元包括第一集流體12a、多個第一電極材料層12b、多個隔板16、和多個第二電極材料層14b,其串聯(lián)電連接。圖4顯示包括過濾器單元的過濾器裝置200,所述過濾器單兀包括多個第一集流體12a、多個第一電極材料層12b、多個隔板16和多個第二電極材料層 14b,其并聯(lián)電連接。圖5為根據(jù)另一示例性實施方式的過濾器裝置的示意圖。參照圖5,過濾器單元可螺旋形卷繞且引入殼中,然后可連接電壓施加器。然而,應(yīng)理解,示例性實施方式不限于此。以下實施例更詳細地說明非限制性實施方式。然而,應(yīng)理解本公開內(nèi)容的范圍不限于這些實施例。實施例II)電極的制造將約40g高比表面積石墨(HSAG,平均比表面積204m2/g)、約IOg炭黑、約4. 17g 聚四氟乙烯(PTFE)懸浮液(60重量% )和約IOOg丙二醇引入攪動的容器中,然后捏合和模塑。將模塑產(chǎn)物分別在約80°C、約120°C和約200°C的高溫下干燥約I小時以制備具有約 IOXlOcm2的面積和約2. 5g的重量的片型的第一電極材料層。2)過濾器裝置的制造使用石墨箔作為集流體,并使用開網(wǎng)孔型聚酯(開口尺寸約ΙΟΟμπι)作為隔板。 將石墨箔/第一電極材料層/隔板/IrO2對電極/石墨箔以該順序放置,然后使用螺釘將它們緊固以制造過濾器單元。將電壓施加器連接至其上以制造過濾器裝置。實施例2將約40g活性炭(平均比表面積約1518m2/g)、約IOg炭黑、約4. 17g聚四氟乙烯 (PTFE)懸浮液(60重量% )和約IOOg丙二醇引入攪動的容器中,然后捏合和模塑。將模塑產(chǎn)物分別在約80°C、約120°C和約200°C的高溫下干燥約I小時以制造具有約IOXlOcm2 的面積和約2. 5g的重量的片型的第一電極材料層。使用以上第一電極材料層通過與實施例I相同的方法制造過濾器裝置。Pb去除件能的評價將CaCl2、MgSO4和NaHCO3添加到蒸餾水中使得濃度可分別變成約48. 6ppm、約
18.2ppm和約66. Oppm,且向其中添加Pb (NO3)2使得Pb2+的濃度可變成約300ppb,以制備具有210uS/cm的電導率的流入水。將該流入水以約IOmL/分鐘供應(yīng)到根據(jù)實施例I的過濾
器裝置。隨時間測量處理水的電導率和殘余Pb濃度以確認Pb去除性能。當Pb去除性能顯著降低時,在流入水條件下將約4. 9V/0V的電壓分別保持約10分鐘以進行去離子化/再生。在再生之后,隨時間測量總?cè)芙夤腆w(TDS)和殘余Pb量,其如圖6中所示。參照圖6,由于經(jīng)處理的水的總?cè)芙夤腆w(TDS)保持與流入水的TDS相同,可看出流入水中額外的離子如Ca、Mg、Na等的濃度在經(jīng)處理的水中得以保持,表明經(jīng)處理的水的電導率保持為流入水的水平。由圖6可看出,約300ppb或更多的Pb的約90%或更多被去除,且在施加電壓之后,Pb去除性能恢復(fù)至初始水平。在加速條件下的Pb去除性能的評價將CaCl2、MgSO4和NaHCO3添加到蒸餾水中使得濃度可分別變成約48. 6ppm、約 18. 2ppm和約66. Oppm,且向其中添加Pb (NO3)2使得Pb2+的濃度可變成約3ppm,以制備流入水。將該流入水以約IOmL/分鐘分別供應(yīng)到根據(jù)實施例I和實施例2的過濾器裝置。實施例I和實施例2的過濾器裝置的根據(jù)電壓施加循環(huán)數(shù)的Pb2+去除率示于圖7中。如圖7中所示,實施例I的過濾器裝置的Pb去除速率顯示稍微的提高,而在施加電壓之后,實施例2 中的速率保持在幾乎恒定的水平。電極表面官能團的評價通過X-射線光電子能譜法(XPS)測量施加電壓之后實施例I的過濾器裝置的電極表面上的官能團,且結(jié)果示于圖8中。如圖8中所示,由于在電壓施加和再生過程之后在電極中C-O鍵和C = 0鍵增加,可看出在電極表面上,包括這些鍵的官能團增加。雖然已經(jīng)在本文中描述了多種示例性實施方式,但應(yīng)理解本公開內(nèi)容的范圍不限于這樣的實施方式,而是相反,意圖涵蓋本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會理解包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的所有改進和等同布置。
權(quán)利要求
1.過濾器裝置,包括過濾器單元,其包括彼此間隔開的第一電極和第二電極,所述第一和第二電極的至少一個包括導電的一個或更多個電極材料層,所述一個或更多個電極材料層包括金屬吸附材料;和電壓施加器,其配置成根據(jù)條件向所述第一電極和所述第二電極施加電壓。
2.權(quán)利要求I的過器裝置,其中所述電壓施加器配置成在所述過濾器單元的運行之后向所述第一電極和所述第二電極施加電壓一段時間。
3.權(quán)利要求I的過濾器裝置,其中所述金屬吸附材料包含選擇性地與金屬結(jié)合的堿性官能團。
4.權(quán)利要求I的過濾器裝置,其中所述金屬吸附材料選自活性炭、高比表面積石墨、碳納米管(CNT)、中孔碳、活性炭纖維、陽離子交換樹脂、沸石、蒙脫石、蛭石、或其組合。
5.權(quán)利要求I的過濾器裝置,其中所述第一電極和所述第二電極之一包括包含選擇性地與金屬結(jié)合的堿性官能團的碳材料,且所述第一電極和所述第二電極的另一個為包括用于水的水解的催化劑的催化劑負載電極或包括非催化材料的惰性電極。
6.權(quán)利要求5的過濾器裝置,其中所述用于水的水解的催化劑或所述非催化材料選自金屬、金屬氧化物、不銹鋼、玻璃碳、石墨、炭黑、或其組合。
7.權(quán)利要求5的過濾器裝置,其中所述用于水的水解的催化劑或所述非催化材料選自鉬(Pt)、鈦(Ti)、釕(Ru)、銀(Ag)、金(Au)、銥(Ir)、鈀(Pd)、鈷(Co)、釩(V)、鐵(Fe)、Pt02、 IrO2, TiO2, CaTiO3> NaffO3> MnO2, RuO2, PbO2、或其組合。
8.權(quán)利要求I的過濾器裝置,其中所述電壓施加器配置成用所述電壓使所述金屬吸附材料原位再生。
9.權(quán)利要求I的過濾器裝置,其中所述電壓施加器配置成施加所述電壓以促進在所述第一電極與所述第二電極之間的水的水解。
10.權(quán)利要求I的過濾器裝置,進一步包括在所述第一電極與所述第二電極之間的水滲透性隔板。
11.權(quán)利要求I的過濾器裝置,其中所述第一電極和所述第二電極具有螺旋形卷繞的結(jié)構(gòu)。
12.權(quán)利要求I的過濾器裝置,其中所述條件選自所需時間、金屬的濃度、礦物成分的濃度、或其組合。
13.權(quán)利要求I的過濾器裝置,其中所述一個或更多個電極材料層包括導電的多個電極材料層。
14.權(quán)利要求13的過濾器裝置,進一步包括在所述第一電極與所述第二電極之間的多個水滲透性隔板,其中所述第一電極、所述第二電極和所述多個電極材料層串聯(lián)電連接。
15.權(quán)利要求13的過濾器裝置,進一步包括在所述第一電極與所述第二電極之間的多個水滲透性隔板,其中所述第一電極、所述第二電極和所述多個電極材料層并聯(lián)電連接。
16.用于驅(qū)動過濾器裝置的方法,該方法包括在沒有電壓施加的情況下使流入水通過過濾器單元以通過所述過濾器單元的金屬吸附材料吸附金屬,所述過濾器單元包括彼此間隔開的第一電極和第二電極,所述第一電極和所述第二電極的至少一個包括導電的一個或更多個電極材料層,所述一個或更多個電極材料層包括所述金屬吸附材料;和向所述第一電極和所述第二電極施加電壓以使吸附至所述金屬吸附材料的金屬解吸以使所述金屬吸附材料再生。
17.權(quán)利要求16的方法,其中所述使流入水通過包括使所述金屬選擇性地與具有堿性官能團的金屬吸附材料結(jié)合。
18.權(quán)利要求16的方法,其中所述金屬吸附材料選自活性炭、高比表面積石墨、碳納米管(CNT)、中孔碳、活性炭纖維、陽離子交換樹脂、沸石、蒙脫石、蛭石、或其組合。
19.權(quán)利要求16的方法,其中所述第一電極和所述第二電極之一包括包含選擇性地與金屬結(jié)合的堿性官能團的碳材料,且所述第一電極和所述第二電極的另一個包括用于水的水解的催化劑。
20.權(quán)利要求16的方法,其中所述施加電壓包括使用電壓施加器使所述金屬吸附材料再生。
21.權(quán)利要求16的方法,其中所述施加電壓包括在沒有單獨的電解質(zhì)引入的情況下在流入水條件下使用電壓施加器使所述金屬吸附材料再生。
22.權(quán)利要求16的方法,其中所述施加電壓包括促進在所述第一電極與所述第二電極之間的水的水解。
23.權(quán)利要求16的方法,其中所述施加電壓包括將所述第一電極和所述第二電極的至少一個的表面的PH控制為約5或更小以使吸附至所述金屬吸附材料的金屬解吸。
24.權(quán)利要求16的方法,其中所述施加電壓包括將所述第一電極和所述第二電極的至少一個的表面氧化以產(chǎn)生堿性官能團。
全文摘要
過濾器裝置可包括過濾器單元,其包括布置以彼此間隔開且相對的第一電極和第二電極,所述第一和第二電極的至少一個可包括導電的電極材料層,所述電極材料層可包括金屬吸附材料(金屬吸附劑),和用于在所述過濾器單元的運行之后基于條件向所述第一電極和所述第二電極施加電壓所需的時間量的電壓施加器,及其驅(qū)動方法。
文檔編號C02F101/20GK102603026SQ201210017920
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者姜孝郎, 李柱郁, 梁好晶, 金昌鉉, 金泫錫, 金載恩 申請人:三星電子株式會社