本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型電吸附液體處理裝置。

背景技術(shù)：

人類的生產(chǎn)和生活離不開水，水是生命之源，是社會和經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)。21世紀(jì)水資源是一種寶貴的稀缺資源，水資源問題己不僅僅是資源問題，更是關(guān)系到國家經(jīng)濟、社會長治久安和可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題。隨著人民生活水平的提高及經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對水量的需求越來越大，對水質(zhì)的要求也逐漸增高。而水資源不足、分布不均、無限制的開采、無節(jié)制的浪費及嚴(yán)重的污染，使本來就稀缺的水資源變得更加緊張。

因此，如何獲取淡水資源以及廢水資源的處理已經(jīng)成為世界各國面臨的嚴(yán)重問題。地球上廣闊的海水資源，為海水淡化技術(shù)提供了豐富的來源。常用的海水淡化方法主要包括：蒸餾法、電滲析法、反滲透法等。蒸餾法利用水的蒸發(fā)和冷凝原理，操作原理簡單，但是由于發(fā)生了相態(tài)的變化，因此能耗較高；電滲析法需要電壓為推動力，利用離子交換膜的選擇性來實現(xiàn)離子的脫除和濃縮，但是由于離子交換膜需要定期除垢，影響淡水的連續(xù)化生產(chǎn)；反滲透法以壓力差為推動為，是目前發(fā)展最快且使用范圍最廣的一項技術(shù)，但是設(shè)備比較復(fù)雜，對水質(zhì)要求比較高。現(xiàn)在急需一項方便快捷、操作簡單、耗能小、效率高的水處理技術(shù)。

電容去離子技術(shù)是去除水中鹽分的新技術(shù)，可廣泛應(yīng)用在海水淡化、工農(nóng)業(yè)用水除鹽及生活用水除鹽等領(lǐng)域中。其工作原理是基于雙電層理論，在一對平行的極板間施加靜電場，所需電壓為1-2V，且設(shè)備簡單，操作容易，無需化學(xué)再生過程，是一種低能耗，無污染的新型脫鹽技術(shù)。離子的吸附和脫附同時伴隨著能量的儲存和釋放，脫鹽過程吸附離子，是儲存能量的過程，而電極再生過程發(fā)生離子的脫附，是能量釋放的過程。與傳統(tǒng)方法相比，電容去離子技術(shù)具有成本低、效率高、環(huán)境友好等特點，近些年隨著電極材料的發(fā)展而不斷地進(jìn)步，并被認(rèn)為是一項很有潛力的脫鹽技術(shù)。合適的電極材料是電容去離子技術(shù)的核心，常用的電極材料主要包括：活性炭、碳纖維、石墨烯、碳?xì)饽z等，但由于電極材料通常具有發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)和豐富的表面官能團，所以在脫鹽過程中，也會伴隨少量的物理吸附和化學(xué)吸附發(fā)生，當(dāng)這些非靜電吸附存在時，反接電源不能實現(xiàn)電極再生，造成電極的氧化失效。同時電容除鹽技術(shù)還存在循環(huán)周期短，脫附時間長等缺點，影響工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新型電吸附液體處理裝置，旨在解決背景技術(shù)提及的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種新型電吸附液體處理裝置，該新型電吸附液體處理裝置包括圓筒狀筒體、導(dǎo)電碳棒、陰離子交換膜、墊片、陽離子交換膜、流動碳電解液漿體；所述導(dǎo)電碳棒、陰離子交換膜、墊片、陽離子交換膜、碳電解液漿體均安裝在圓筒狀筒體內(nèi)部；

所述導(dǎo)電碳棒與陰離子交換膜之間構(gòu)成第一空腔；所述陽離子交換膜與圓筒狀筒體的外殼構(gòu)成第二空腔；所述第一空腔與第二空腔內(nèi)部填充有流動碳電解液漿體；所述陰離子交換膜與墊片之間構(gòu)成第三空腔；所述墊片通過離子交換樹脂與陽離子交換膜連接。

所述導(dǎo)電碳棒外接正極電源，圓筒狀筒體的外殼外接負(fù)極電源；所述第三空腔填充有流動待處理液體介質(zhì)。

進(jìn)一步，所述流動碳電解液漿體由碳顆粒、導(dǎo)電炭黑、水性電解液以85：10:5的比例，加入到1mol/L的濃鹽水中制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20wt％的混合流動電極。

進(jìn)一步，所述墊片為聚乙烯膜，用于防止正負(fù)極短接而導(dǎo)致短路；

進(jìn)一步，所述圓筒狀筒體的外殼為單個分體組裝結(jié)構(gòu)，相鄰單個分體之間均通過密封圈連接。

進(jìn)一步，所述第三空腔內(nèi)環(huán)繞陰離子交換膜固定有樓梯式環(huán)繞塑料板，所述樓梯式環(huán)繞塑料板用以延長流動待處理液體介質(zhì)的流動時間。

所述第一空腔、第二空腔的下部均開有進(jìn)口，第一空腔、第二空腔的上部均開有出口；所述第三空腔上下端分別開有待處理液體介質(zhì)流入口和待處理液體介質(zhì)流出口。

進(jìn)一步，該新型電吸附液體處理裝置處理方法為：

混合流動電極分別從第一空腔、第二空腔下側(cè)開口流過，從上側(cè)開口流出；

當(dāng)直流電源通過碳棒及外殼分別在兩側(cè)施加正負(fù)電極時，使混合流動電極分別帶正負(fù)電壓，待處理的液體從第三空腔流過時，液體中的雜質(zhì)離子、帶電顆粒會被吸附到陰離子交換膜和陽離子交換膜側(cè)壁；

當(dāng)吸附飽和時，將混合流動電極正負(fù)電極反接后通入清水，此時由于電極反接，電極中儲存的電荷將排放到溶液中，進(jìn)行脫附過程，脫附過程時間較短有利于工業(yè)循環(huán)操作，經(jīng)沖洗處理后電極獲得再生，使電極吸附得以繼續(xù)進(jìn)行；

同時吸附的有機物在電場的作用下進(jìn)行分解和純化，形成二氧化碳、無機酸、水。

進(jìn)一步，所述的陰陽離子交換膜均為Neosepta BP-1(Tokuyama Soda Inc.Japan)，所述陰離子交換膜包含胺化聚砜；所述陽離子交換膜為CM-1膜。

所述流動碳電解液漿體為混合流動電極。

近些年，電容去離子技術(shù)作為一種新興的海水淡化技術(shù)得到人們的充分肯定，流動電極的出現(xiàn)，使人們對電極的認(rèn)識有了更深入的了解，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院黃霞課題組利用流動性的離子交換樹脂來脫除廢水中的陰陽離子，脫除率比膜電容除鹽技術(shù)要高50％。本發(fā)明是在流動電極的基礎(chǔ)上，不同于傳統(tǒng)電吸附裝置，本發(fā)明研發(fā)新型流動電極液體處理裝置，利用流動電極技術(shù)，制備新型水處理設(shè)備，用于除去液體中的離子、有機物、懸浮物及膠體粒子等，可用于海水淡化、廢水處理等多個產(chǎn)業(yè)；

本發(fā)明所述的電吸附液體處理裝置，采用了流動電極原理，將傳統(tǒng)電吸附的電極替換為高效的流動電極材料。該裝置用于水處理上，具有高的吸附效率、操作簡單，循環(huán)周期長、液體處理量大等諸多優(yōu)點；

本發(fā)明第三空腔的樓梯環(huán)繞式裝置增加了液體流動時間進(jìn)而增加了液體處理時間，對于水處理具有較好的作用；

本方法設(shè)備簡單，操作簡單，同時對于電極要求不局限于比表面積大，空隙多等要求，電極制作簡單方便，再生能力強，可以提高電極制備的時間和效率；

本發(fā)明結(jié)合了流動電極吸附和膜電極吸附的優(yōu)點，引入陰離子及陽離子交換膜進(jìn)行隔離，有效的提高了吸附效率及除鹽效率；

整體圓筒式設(shè)計，簡潔大方，接觸面積大，同時具有較好的力學(xué)效果，延長設(shè)備使用時間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的新型電吸附液體處理裝置示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的圓筒狀筒體的外殼連接示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的樓梯式環(huán)繞塑料板連接示意圖。

圖中：1、導(dǎo)電碳棒；2、陰離子交換膜；3、墊片；4、陽離子交換膜；5、圓筒狀筒體；5-1、圓筒狀筒體的外殼；5-2、密封圈；6、流動碳電解液漿體；7、第一空腔；8、第二空腔；9、第三空腔；10、樓梯式環(huán)繞塑料板。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖1至3對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

一種新型電吸附液體處理裝置，該新型電吸附液體處理裝置包括圓筒狀筒體5、導(dǎo)電碳棒1、陰離子交換膜2、墊片3、陽離子交換膜4、流動碳電解液漿體6；所述導(dǎo)電碳棒、陰離子交換膜、墊片、陽離子交換膜、碳電解液漿體均安裝在圓筒狀筒體5內(nèi)部；

所述導(dǎo)電碳棒與陰離子交換膜之間構(gòu)成第一空腔7；所述陽離子交換膜與圓筒狀筒體的外殼構(gòu)成第二空腔8；所述第一空腔與第二空腔內(nèi)部填充有流動碳電解液漿體；所述陰離子交換膜與墊片之間構(gòu)成第三空腔9；所述墊片通過離子交換樹脂與陽離子交換膜連接。

所述導(dǎo)電碳棒外接正極電源，圓筒狀筒體的外殼外接負(fù)極電源；所述第三空腔填充有流動待處理液體介質(zhì)。

所述流動碳電解液漿體由碳顆粒、導(dǎo)電炭黑、水性電解液以85：10:5的比例，加入到1mol/L的濃鹽水中制備成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20wt％的混合流動電極。

所述墊片為聚乙烯膜，用于防止正負(fù)極短接而導(dǎo)致短路；

所述圓筒狀筒體5的外殼為單個分體組裝結(jié)構(gòu)，相鄰單個分體之間均通過密封圈連接。

所述第三空腔內(nèi)環(huán)繞陰離子交換膜固定有樓梯式環(huán)繞塑料板10，所述樓梯式環(huán)繞塑料板用以延長流動待處理液體介質(zhì)的流動時間。

所述第一空腔、第二空腔的下部均開有進(jìn)口，第一空腔、第二空腔的上部均開有出口；所述第三空腔上下端分別開有待處理液體介質(zhì)流入口和待處理液體介質(zhì)流出口。

該新型電吸附液體處理裝置處理方法為：

混合流動電極分別從第一空腔、第二空腔下側(cè)開口流過，從上側(cè)開口流出；

當(dāng)直流電源通過碳棒及外殼分別在兩側(cè)施加正負(fù)電極時，使混合流動電極分別帶正負(fù)電壓，待處理的液體從第三空腔流過時，液體中的雜質(zhì)離子、帶電顆粒會被吸附到陰離子交換膜和陽離子交換膜側(cè)壁；

當(dāng)吸附飽和時，將混合流動電極即可使得吸附離子中和，經(jīng)沖洗處理后電極獲得再生，使電極吸附得以繼續(xù)進(jìn)行；

同時吸附的有機物在電場的作用下進(jìn)行分解和純化，形成二氧化碳、無機酸、水。

所述的陰陽離子交換膜均為Neosepta BP-1(Tokuyama Soda Inc.Japan)，所述陰離子交換膜包含胺化聚砜；所述陽離子交換膜為CM-1膜。

所述流動碳電解液漿體為混合流動電極。

下面結(jié)合工作原理對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本發(fā)明整體裝置成圓筒狀，最中心為一導(dǎo)電碳棒，碳棒外接正極電源，環(huán)繞碳棒為陰離子交換膜，在陰離子交換膜與碳棒之間通入碳電解液漿體作為流動電極材料，環(huán)繞陰離子交換膜為2cm寬的環(huán)繞固定塑料板(樓梯式環(huán)繞)，外側(cè)以墊片包裹，墊片外側(cè)加一層陽離子交換膜，最外側(cè)以外殼包裹，同樣通入碳電解液漿體作為流動電極材料，外殼外接負(fù)極電源。

本發(fā)明的工作原理：

流動電極即分別從第一空腔、第二空腔流過，進(jìn)入方式多樣化，初步設(shè)定可從外殼處下測開口進(jìn)入，上測開口流出，當(dāng)直流電源通過碳棒及外殼分別在兩側(cè)施加正負(fù)電極時，進(jìn)而使流動電極分別帶正負(fù)電壓，待處理的液體從陰離子交換膜及陽離子交換膜之間流過時，則液體中的雜質(zhì)離子、帶電顆粒會被吸附到流動電極之中，使原液體中的雜質(zhì)離子、帶電離子得以去除。當(dāng)吸附飽和時，將流動電極混合即可使得吸附離子中和，經(jīng)沖洗處理后電極獲得再生，使電極吸附得以繼續(xù)進(jìn)行。同時吸附的有機物在電場的作用下會進(jìn)行分解，形成二氧化碳、無機酸、水。達(dá)到吸附純化的目的。

流動電極，又叫半固體流動電極，是一種半固態(tài)的、可從流動的儲存能量的電解液漿體。作為一種新型電極，與固體電極相比，流動電極具有柔性和流動特性。流動電極具有制備簡單、能量密度高、充放電快速、循環(huán)壽命長、吸附脫附快等優(yōu)點。

將多孔的炭顆粒與水性電解液或有機電解液混合，即可得到流動的碳電解液漿體。

本發(fā)明是在流動電極的基礎(chǔ)上，不同于傳統(tǒng)電吸附裝置，本發(fā)明研發(fā)新型流動電極液體處理裝置，利用流動電極技術(shù)，制備新型水處理設(shè)備，用于除去液體中的離子、有機物、懸浮物及膠體粒子等，可用于海水淡化、廢水處理等多個產(chǎn)業(yè)。

采用陰陽離子交換膜，利用膜電極與流動電極相結(jié)合的優(yōu)點，提高電吸附性能及處理性能。

采用圓筒式裝置，具有較好的力學(xué)性能，同時提高接觸面積和吸附時間。

采用樓梯環(huán)繞式設(shè)計，增加液體流動時間，進(jìn)而延長吸附作用時間。

采用電吸附技術(shù)，利用流動電極，通過電吸附手段進(jìn)行液體處理。

本發(fā)明可以適用的范圍廣，可在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛適用。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。