專利名稱：采用流體動(dòng)力學(xué)流體分離的電去離子方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及專用的電去離子(EDI)的方法和裝置。該方法和裝置用于由供給液流 生產(chǎn)去離子液體。本專利申請(qǐng)中，“去離子”意味著“去陰離子”、“去陽(yáng)離子”，或“完全去離子”(即去 陰離子和去陽(yáng)離子)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)已知，連續(xù)的電去離子或僅僅的電去離子(EDI)是使用電活性介質(zhì)和電 位差來(lái)影響離子遷移從而從液體如水中去除電離的或離子化的物質(zhì)的過(guò)程。EDI目前涉及 標(biāo)準(zhǔn)的水去離子技術(shù)。其主要原理，即在電滲析堆層的稀釋腔室內(nèi)使用混合床離子_交換 樹(shù)脂，已于1987年被Millipore公司商業(yè)化。在涉及EDI的最先發(fā)明之一中，要求保護(hù)的是，不僅混合床在稀釋腔室內(nèi)，而且陽(yáng) 離子-交換樹(shù)脂層和陰離子_交換樹(shù)脂層與流動(dòng)方向?qū)R并且與電場(chǎng)方向垂直(平行于離 子_交換膜)，或要求保護(hù)的是，交替的層或束與電場(chǎng)對(duì)齊并且與液流垂直。這樣的定向旨 在防止混合床內(nèi)存在的反向接合，因此提高了去離子性能。離子_交換樹(shù)脂束或?qū)犹峁┝?用于再生離子的遷移路徑，保持所再生的樹(shù)脂并且能夠從供給的水中去除離子。與具有混 合床的EDI相比，束狀或?qū)訝盍蠈右呀?jīng)降低了稀釋腔室的電阻并且提高了去離子性能，特 別是對(duì)于弱離解的電解質(zhì)來(lái)說(shuō)。還已知在完全隔離的各稀釋腔室內(nèi)使用以連續(xù)的模式所電化學(xué)再生的陽(yáng)離 子_交換樹(shù)脂和陰離子_交換樹(shù)脂。在某些配置中，所供給的水溶液串聯(lián)地通過(guò)陽(yáng)離子_交 換樹(shù)脂和陰離子_交換樹(shù)脂床，并且例如在電極反應(yīng)中產(chǎn)生的H+和0H_離子都用于樹(shù)脂的再生。在利用離子-交換材料的電化學(xué)再生的已知EDI方法和相關(guān)裝置中，液流單獨(dú)地 被供給到每個(gè)腔室并且從每個(gè)腔室流出，或液流通過(guò)位于模塊的各平行腔室外部的共用收 集器在各腔室之間分布。用于供給液流的典型液體是預(yù)處理過(guò)的水，如反滲透的滲透物。在商用EDI裝置中，液體的通常流向與離子-交換膜或電極的表面相切。但是，某 些公開(kāi)內(nèi)容涉及的裝置中液體的通常流向完全或部分地垂直于電極表面，如美國(guó)專利申請(qǐng) US2003/0213695 和 US2006/0231403。圖1為現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的裝置100的示意圖，即基于美國(guó)專利申請(qǐng)US2006/0231403 的圖6。裝置100用于從含有陰離子和陽(yáng)離子污染物的水流中去除陰離子和陽(yáng)離子。裝置 100包括具有陰極111和陽(yáng)極109的罩殼。陰極111電連接于發(fā)電機(jī)的a(_)側(cè)113。陽(yáng)極 109電連接于發(fā)電機(jī)的a(+)側(cè)112。在電極111與109之間產(chǎn)生電場(chǎng)。罩殼包含五個(gè)腔室， 它們是陰極腔110、陽(yáng)離子損耗腔102、中央的陰離子和陽(yáng)離子損耗腔103、陰離子損耗腔 101以及陽(yáng)極腔108。這些腔室110、102、103、101和108在罩殼內(nèi)被兩個(gè)陽(yáng)離子-交換膜106和107以及兩個(gè)陰離子_交換膜105和104所分隔開(kāi)。陽(yáng)離子-交換膜106封閉了陰極腔110，并且 接近陰極111。陰離子_交換膜104封閉了陽(yáng)極腔108，并且接近陽(yáng)極109。中央的陰離子 和陽(yáng)離子損耗腔103在陽(yáng)離子損耗腔102 —側(cè)被陽(yáng)離子-交換膜107隔開(kāi)并且在陰離子損 耗腔101 —側(cè)被陰離子-交換膜105隔開(kāi)。陽(yáng)離子損耗腔102均勻地填充有陽(yáng)離子_交換樹(shù)脂，其保持液流的陽(yáng)離子穿過(guò)它。 陰離子損耗腔101均勻地填充有陰離子-交換樹(shù)脂，其保持液流的陰離子穿過(guò)它。陰離 子-交換樹(shù)脂和陽(yáng)離子-交換樹(shù)脂被連續(xù)地再生。中央的陰離子和陰離子損耗腔103是不均一的，即填充有陰離子和陽(yáng)離子_交換 樹(shù)脂的混合床。在該中央腔103中，產(chǎn)生水合氫離子H30+(還寫作H+)以及氫氧離子0H_。 0H_穿過(guò)陰離子-交換膜105進(jìn)入陰離子損耗腔101內(nèi)，在此陰離子損耗腔101內(nèi)通過(guò)替換 捕獲在液體中且向陽(yáng)極109遷移的陰離子來(lái)再生陰離子_交換樹(shù)脂。H+穿過(guò)陽(yáng)離子-交換 膜107進(jìn)入陽(yáng)離子損耗腔102內(nèi)，在此陽(yáng)離子損耗腔內(nèi)通過(guò)替換捕獲在流體中并向陰極111 遷移的陽(yáng)離子來(lái)再生陽(yáng)離子_交換樹(shù)脂。電極沖洗液流122進(jìn)入陽(yáng)極腔108，與陽(yáng)極109相切地移動(dòng)，并且在顯然與液流 114的入口同側(cè)上以液流120流出。液流120進(jìn)入陰極腔110，與陰極111相切地移動(dòng)，并 且在顯然與液流115的入口同側(cè)上以電極沖洗液流121流出。罩殼具有用于在接近陰離子_交換膜104處進(jìn)入陰離子損耗腔101的水流114的 入口。該水流101的流動(dòng)方向與陰離子的遷移方向相反。陰離子損耗的水115從接近陰離 子_交換膜105處的出口流出，接著進(jìn)入陽(yáng)離子-交換膜106附近的陽(yáng)離子損耗腔102，該 陰離子損耗的水115的流動(dòng)方向與陽(yáng)離子的遷移方向相反。因此陰離子和陽(yáng)離子損耗的水 116從接近陽(yáng)離子-交換膜107處的出口流出。該陰離子和陽(yáng)離子損耗的水116與離子-交 換膜105和107相切地流經(jīng)陰離子和陽(yáng)離子損耗腔103，并且完全去離子的產(chǎn)物水117離開(kāi) 裝置100。所要求保護(hù)的帶有流動(dòng)方向與電極垂直即與反離子遷移方向相反的裝置具有更 高的電流效率并且?guī)?lái)更好的去離子性能，優(yōu)于其中流動(dòng)與離子_交換膜相切并且垂直于 電場(chǎng)的EDI裝置。通常現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的液流與電極表面垂直的EDI裝置具有下述可被減輕的“缺陷”·具有數(shù)個(gè)腔室的單元，每個(gè)都配備有自己的入口和出口，以及至少兩個(gè)獨(dú)立的供 給液流，一個(gè)用于去離子并且一個(gè)用于沖洗濃縮物如電極、腔室。因此，上述裝置100相對(duì) 較復(fù)雜，因?yàn)樗枰膫€(gè)離子-交換膜在裝置內(nèi)限定五個(gè)腔室?！ぴ谘b置中使用離子-交換膜與樹(shù)脂之間的界限來(lái)提供電化學(xué)增強(qiáng)的水離解，在 給定的電位差下產(chǎn)生的H+和0H_強(qiáng)度取決于兩種材料的特性以及其間接觸的表面積，后者 根據(jù)條件的不同而差異很大?！ぴ诨旌洗仓?，串珠(bead)之間的反向接合降低了去除離子的效率和能力。因此，仍然需要一種簡(jiǎn)單、有效并且節(jié)約成本的EDI裝置。因此優(yōu)選地，本發(fā)明公 開(kāi)了可解決上述一種或多種問(wèn)題的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
除了用于去除陰離子和陽(yáng)離子的方法和裝置外，本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于對(duì)液體完全去離子的方法和裝置，其使用電化學(xué)再生的離子_交換材料和雙極性膜作為H+和 OH—離子的來(lái)源，提供與離子-交換材料內(nèi)離子的電遷移方向相反的液流。在本發(fā)明中，公 開(kāi)了新的液流分布方法，其中液流在腔室內(nèi)自身被分離為用于去除離子的第一液流和用于 沖洗去除的離子的第二濃縮物液流。液流的流速優(yōu)選通過(guò)排出液流的壓降的流體動(dòng)力學(xué) 調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)控。本發(fā)明可得到結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的裝置并且節(jié)約了材料，即不需要或更少地需要離 子_交換膜來(lái)分隔腔室。根據(jù)本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)如下所述。本發(fā)明公開(kāi)了一種用于從極性液體中去除離子的方法，包括至少一個(gè)步驟，其 中-所述極性液體被分離為第一液流以及第二液流，·所述第一液流穿過(guò)電化學(xué)可再生的離子-交換材料，該材料位于兩個(gè)電極之間 施加的電場(chǎng)中，所述第一液流從一個(gè)電極流向另一個(gè)電極，因此將被去除的離子以相反于 第一液流流經(jīng)所述離子_交換材料的方向進(jìn)行遷移，·所述第二液流沖洗所述電極之一或位于電極之間的離子_交換膜，并且-所述材料被形成于另一電極處或所述離子_交換膜處的離子再生。根據(jù)本發(fā)明，從電極之一流向另一個(gè)電極的所述第一液流可在到達(dá)另一個(gè)電極之 前被離子_交換膜例如雙極性膜所阻擋。根據(jù)本發(fā)明，離子_交換膜通常為陰離子_交換膜或陽(yáng)離子_交換膜或雙極性膜。 優(yōu)選離子_交換膜為雙極性膜?！半p極性膜”通常為人造的無(wú)孔離子_交換膜，具有兩個(gè)彼此接觸的帶電相反的離 子-交換層。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)電極之一的沖洗是必須的并且對(duì)另一個(gè)電極或反電極的沖洗是可 選的。優(yōu)選地，第二液流通過(guò)與電極之一相切地經(jīng)過(guò)和/或通過(guò)所述電極來(lái)沖洗電極之 一，優(yōu)選通過(guò)該電極。在一個(gè)變型中，第三液流通過(guò)與另一個(gè)電極相切地經(jīng)過(guò)和/或通過(guò)所述電極來(lái)沖 洗另一個(gè)電極，優(yōu)選通過(guò)該電極。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，用于沖洗電極之一液流中的至少一個(gè)在相切地經(jīng)過(guò)和/或通過(guò) 所述電極之前穿過(guò)膜。該膜優(yōu)選為離子-交換膜，通常為無(wú)孔的。該膜也可為多孔膜。在電極之間施加電場(chǎng)。電極可彼此相對(duì)。本發(fā)明還包括一種方法，其中-用兩個(gè)所述的步驟分別通過(guò)電化學(xué)可再生的陰離子_交換材料和電化學(xué)可再生 的陽(yáng)離子_交換材料來(lái)去除陰離子和陽(yáng)離子，以及-使用分別為陰離子_交換材料和陽(yáng)離子_交換材料提供再生的0H_陰離子和H+ 陽(yáng)離子來(lái)源的工具。優(yōu)選地，這兩個(gè)步驟要同時(shí)進(jìn)行，并且更優(yōu)選地，兩個(gè)步驟同時(shí)并且在同一個(gè)裝置 內(nèi)進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的方法，其中液流通過(guò)至少一種、優(yōu)選所有排出液流內(nèi)壓降的流體動(dòng) 力學(xué)調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)控。排出液流是在出口內(nèi)流動(dòng)的液流，并且 入液流是在入口內(nèi)流動(dòng)的液流。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于從極性液體中去除離子的裝置，其中該裝置包括至少一 個(gè)罩殼，其具有至少一個(gè)腔室并且其中電極和反電極位于該裝置的兩個(gè)不同端處，其中電 化學(xué)可再生的離子-交換材料位于電極與反電極之間，罩殼包括用于液流進(jìn)入的入口，所 述入口位于裝置的電極端處，以及用于去離子的液流的出口，所述出口位于裝置的反電極 端處或可選地位于裝置的離子_交換膜端處，所述離子_交換膜位于電極之間，并且所述離 子-交換膜優(yōu)選為雙極性膜，所述裝置的特征在于其包括用于分離進(jìn)入的液流的裝置，并 且其中具有至少一個(gè)用于沖洗電極的液流的第二出口，該第二出口位于裝置的電極端處。離子-交換膜的存在是可選的?？蛇x地位于電極與反電極之間的電化學(xué)可再生的 離子_交換材料并不必然意味著該材料完全地填充電極之間的空間。該材料通常填充電極 之間的一個(gè)區(qū)域，例如電極之一與位于電極之間的離子_交換膜之間構(gòu)成的區(qū)域。該區(qū)域 可為該空間的容積或僅是其一部分。根據(jù)本發(fā)明，位于電極端處的入口和第二出口在由電極端形成的區(qū)域內(nèi)彼此接 近。更優(yōu)選地，它們彼此相對(duì)。這對(duì)于流體動(dòng)力學(xué)阻力來(lái)說(shuō)是優(yōu)選的。優(yōu)選地，該裝置包括用于沖洗反電極或離子-交換膜的沖洗液流的第三出口，如 果存在，所述第三出口位于裝置的反電極端處或裝置的離子_交換膜端處。在一個(gè)變型中，裝置可以是這樣的，其中罩殼包括在罩殼內(nèi)限定了兩個(gè)腔室并且 提供0H_和H+離子來(lái)源的工具，每個(gè)腔室包括用于分離進(jìn)入的液流的工具，用于已去離子的 液流的出口以及用于沖洗電極或反電極或離子-交換膜的液流的出口，若存在，還包括連 接腔室之一的入口與另一腔室的出口的管道。裝置的流體動(dòng)力學(xué)阻力對(duì)應(yīng)于進(jìn)入和排出液流的差異，與裝置的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。 根據(jù)本發(fā)明，裝置優(yōu)選包括用于調(diào)節(jié)進(jìn)入和排出的液流的流體動(dòng)力學(xué)阻力的工具，如位于 裝置出口下游處的閥、毛細(xì)管等。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，腔室通過(guò)與電化學(xué)可再生的離子_交換材料 相接觸的至少一個(gè)壁在某種意義上垂直于電極而限定，根據(jù)本發(fā)明的所述裝置的特征在 于所述壁的面對(duì)所述離子_交換材料的表面的至少一部分、優(yōu)選全部為皺折狀。根據(jù)本發(fā)明，“皺折的”意味著“以通常平行的折痕、溝槽、隆起或皺紋為特征，或以 陣列為特征”。這可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的不同形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)。在電化學(xué)可再生的離子_交換材料由串珠特別是球形串珠構(gòu)成的情形下，最佳的 皺折壁是其中串珠完美配合的壁。將球形串珠塞滿腔室時(shí)，在腔室中央緊密填塞的串珠堆塊可達(dá)到的最高存儲(chǔ)密度 為0.74。如果壁是平面，則靠近腔室壁的存儲(chǔ)密度低于0.52。在距離大于10-20個(gè)串珠直 徑時(shí)可忽略該影響。在距離僅有幾個(gè)串珠直徑時(shí)該影響是顯著的。由于這種較高空隙容積， 在接近壁并且具有低于串珠直徑一半的厚度的那層中的局部流速比串珠堆塊中的要高。流 動(dòng)在整個(gè)通道厚度的分布不均導(dǎo)致化學(xué)可再生的離子_交換材料的使用效率更低。如果壁 為皺折的壁，該缺陷被解決并且壁附近填塞的串珠的密度有利地被顯著提高。根據(jù)本發(fā)明，如果壁具有一定的皺折，就平均了通道中央和壁附近的串珠的存儲(chǔ) 密度，有利地減少了填充床內(nèi)的壁影響。這樣的皺折應(yīng)當(dāng)具有約1/2串珠直徑的高度并且 可具有不同形狀，如內(nèi)(母)螺紋，平行凹槽、錐形突起的陣列等。在電化學(xué)可再生的離子_交換材料為纖維狀或由多孔塊體形成的情形下，皺折壁將提供在腔室內(nèi)更好的材料固定并且避免流動(dòng)在壁與離子_交換材料之間開(kāi)溝。因此本發(fā)明的裝置包括至少兩個(gè)電極陽(yáng)極和陰極，離子-傳導(dǎo)材料位于電極之 間，并且提供離子傳導(dǎo)通道。如果在電極之間施加外部電壓差，在它們的表面發(fā)生反應(yīng)并且 在電極之間的電場(chǎng)中發(fā)生離子的電遷移，傳導(dǎo)電流。本發(fā)明的裝置包括至少一個(gè)位于電極 之間的腔室，其為去離子腔并且包含離子_交換材料。該離子_交換材料通常為離子_交 換流通介質(zhì)，例如離子_交換樹(shù)脂床。離子_交換材料內(nèi)部存在的大多數(shù)流動(dòng)離子是反離 子，是用于陽(yáng)離子_交換材料的陽(yáng)離子和用于陰離子_交換材料的陰離子。這些離子擔(dān)負(fù) 著離子_交換材料內(nèi)部電流傳導(dǎo)的重任，同時(shí)陽(yáng)離子_交換材料內(nèi)部的陽(yáng)離子從陽(yáng)極移向 陰極，同時(shí)陰離子_交換材料內(nèi)部的陰離子從陰極移向陽(yáng)極。用于去除離子的液流的流動(dòng)方向與離子-交換材料內(nèi)部的離子遷移方向相反。來(lái) 自供給液流的相應(yīng)離子被離子_交換去除，將進(jìn)一步在離子_交換材料中遷移并且最終將 在電極處被釋放到濃縮物液流中到達(dá)廢液中?？紤]到反離子遷移和與電極平面垂直的電場(chǎng)，對(duì)于與離子-交換材料內(nèi)部反離子 遷移的方向完全相反的流動(dòng)而言，流動(dòng)與反離子遷移之間的角度大約為180°。根據(jù)裝置的 設(shè)計(jì)，該角度的一定偏差是允許的并且對(duì)于此處描述的與離子-交換材料內(nèi)部的離子遷移 方向相反的流動(dòng)而言該角度可為180° 士80°。離子-交換材料通?？杀贿B續(xù)地電化學(xué)再生。因此，來(lái)自供給液流的離子可被連 續(xù)地交換并且得到不含相應(yīng)的鹽離子的水溶液。根據(jù)本發(fā)明，如上所述的含有陰離子-交換材料的裝置可用于有效去除供給液流 中存在的鹽的陰離子。它還可能去除以非游離態(tài)分子存在的弱游離的酸，如碳酸(或C02)、 硅酸、硼酸等。根據(jù)本發(fā)明，如上所述填充有陽(yáng)離子_交換材料的裝置可用于有效去除供給液流 中存在的鹽的陽(yáng)離子。它還可能去除以非游離態(tài)分子存在的堿，如NH4OH(或NH3)、胺等。下面描述的裝置可用于從極性液體中去除酸或堿，或從堿或酸的含水鹽溶液中生 產(chǎn)堿或酸，用0H—和H+離子交換相應(yīng)的離子?？稍偕碾x子_交換材料通常為離子_交換樹(shù)脂床。更通常地，常規(guī)的離子_交 換材料是樹(shù)脂串珠，離子-交換樹(shù)脂的高目數(shù)(high mesh)串珠，粉狀樹(shù)脂，以及纖維狀或 多孔的離子-交換器。它們可被堆疊為床或塊體。根據(jù)本發(fā)明，電極腔為不同于去離子腔的腔室，其中存在電極。電極腔可包括傳導(dǎo) 流通(conductive flow-through)材料，如形為多孔塊體或串珠床的金屬或碳。它還可無(wú) 填充物或填充有流通材料，即具有中性、陽(yáng)離子_交換、陰離子_交換或電子傳導(dǎo)特性的材 料，如碳串珠。根據(jù)本發(fā)明，該裝置包括一至五個(gè)腔室，優(yōu)選一至三個(gè)腔室。為去除陽(yáng)離子以及陰離子二者，即完全去離子，一個(gè)解決方案是使用兩個(gè)串聯(lián)的 裝置，一個(gè)填充有陽(yáng)離子_交換材料并且另一個(gè)填充有陰離子_交換材料。這種情形下，串 聯(lián)的裝置的優(yōu)選順序必須根據(jù)污染物的類型來(lái)確定。對(duì)于天然或處理過(guò)(例如反滲透處 理)的天然水的典型污染物來(lái)說(shuō)，通常優(yōu)選的順序是陽(yáng)離子_交換材料一陰離子_交換材 料，但不局限于此。如果希望，兩個(gè)裝置可被組合在一個(gè)罩殼內(nèi)，這都在本發(fā)明的保護(hù)范圍 內(nèi)。
另一個(gè)解決方案，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選用于完全去離子，在于使用具有與離子-交換 材料內(nèi)部的離子的電遷移方向相反的液流的裝置，其中使用雙極性電極或離子-交換膜 (優(yōu)選雙極性膜)來(lái)形成再生的0H_和H+離子。當(dāng)極性液體為水溶液時(shí)，雙極性膜的使用 是優(yōu)選的，因?yàn)楫?dāng)它與電極反應(yīng)時(shí)，只會(huì)增強(qiáng)電化學(xué)水離解產(chǎn)生Off和H+離子而不會(huì)生成氣 體和其它副產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明，提供的電極沖洗優(yōu)選類似于本發(fā)明前述實(shí)施例中描述的方法。電極 沖洗可通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)，即使用腔室內(nèi)供給液流的流體動(dòng)力學(xué)分離來(lái)進(jìn)行，其中不使用 或使用膜分隔電極腔。流體動(dòng)力學(xué)流體分離以及(若需要的話)電極沖洗可使用附圖中公開(kāi)的裝置和方 法的不同變型得以實(shí)現(xiàn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的用于去 除離子的裝置具有罩殼，其中主液流流經(jīng)電化學(xué)再生的離子-交換材料的方向與該材料內(nèi) 部離子的電遷移方向相反，同時(shí)可采用下述的任何方法來(lái)沖洗至少一個(gè)電極(陰極或/和 陽(yáng)極)，即采用腔室內(nèi)的流體分離進(jìn)行，其中不具有任何膜，具有膜，或使用獨(dú)立的供給電極 腔。


通過(guò)考慮下面的詳述并結(jié)合附圖，就要被去離子化的水溶液的情形而論很容易理 解本發(fā)明的技術(shù)，其中圖1為典型的現(xiàn)有去離子裝置的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的去離子裝置的第一實(shí)施例的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的去離子裝置的第二實(shí)施例的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的去離子裝置的第三實(shí)施例的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的去離子裝置的第四實(shí)施例的示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的去離子裝置的第五實(shí)施例的示意圖；圖7為圖4裝置的一部分的示意圖；圖8為圖6裝置的一部分的示意圖；圖9為圖6裝置的細(xì)節(jié)示意圖；圖10為圖6裝置的變型的示意圖。為便于理解，只要可能，相同的附圖標(biāo)記就用于表示附圖中相同的元件。附圖并非 按照比例繪制的，并且附圖中不同元件的相對(duì)尺寸為示意性的而非按比例的。電化學(xué)可再 生的離子交換材料通常由直徑基本相同的串珠構(gòu)成。
具體實(shí)施例方式如上所述，圖1為典型的現(xiàn)有去離子裝置的示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的去離子裝置32的示意圖。裝置32可用于去除陰離子或陽(yáng)離子。此處將描述一種用于從水中去除陰離子的 裝置32，例如用OH—替換鹽的陰離子和/或去除以游離或非游離形式存在的酸。裝置32包括例如圓柱形或其它形狀的罩殼21，其內(nèi)部含有陽(yáng)極4、陰極5和位于 陽(yáng)極和陰極之間的陰離子-交換材料2。罩殼21限定了一個(gè)腔室并且形成了電化學(xué)電池。罩殼21具有用于水溶液供給液流10的入口 7，用于陽(yáng)極沖洗液流12的出口 8和用于不含 鹽的陰離子的產(chǎn)物流11的出口 9。供給液流10通過(guò)接近陽(yáng)極4末端的入口 7進(jìn)入電池。入口 7和陽(yáng)極4位于罩殼 21的一端即陽(yáng)極4端處。罩殼21的另一端即陰極5端位于陽(yáng)極端的相反端。當(dāng)具有兩個(gè) 出口 8和9時(shí)，液流10將分離為用于去除離子的第一液流(箭頭Fl)和用于沖洗陽(yáng)極的第 二液流(箭頭F2)。用于去除離子的液流Fl轉(zhuǎn)至垂直于電極4和5的方向并且從陽(yáng)極4流 向陰極5(圖2中從右到左)。在電極4與5之間施加電壓差并且因此電流穿過(guò)罩殼21形成的電池被傳導(dǎo)。水 分離的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在陰極5處產(chǎn)生吐和0!1_。0!1_離子在陰離子交換材料2內(nèi)從陰極5 向陽(yáng)極4的方向遷移，即液流Fl的反向。液流Fl中鹽的陰離子與陰離子交換材料2中的 OH—之間發(fā)生交換。因此，接近陽(yáng)極4端的陰離子交換材料大部分以鹽的形式存在，同時(shí)接 近陰極5端的陰離子交換材料大部分以再生的0H_形式存在?；静缓}的陰離子的處理 過(guò)的液流11從出口 9離開(kāi)罩殼21，其流體動(dòng)力學(xué)阻力由閥19調(diào)控。出口 9位于接近陰極 5的陰極端處。去除的陰離子以及陽(yáng)極4處產(chǎn)生的H+和O2作為陽(yáng)極廢物12被陽(yáng)極沖洗液流所沖 洗并且通過(guò)出口 8離開(kāi)罩殼21，其流體動(dòng)力學(xué)阻力由閥18調(diào)控。產(chǎn)物流11與廢物流12的比例限定了裝置的回收率。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選該比例可 通過(guò)兩條通路的流體動(dòng)力學(xué)阻力來(lái)調(diào)節(jié)，該阻力取決于裝置并且可額外地通過(guò)裝置的一個(gè) 或多個(gè)出口下游處的閥、毛細(xì)管等調(diào)控。在圖2所示的實(shí)施例中，該調(diào)控主要通過(guò)分別位于 出口 9和8上的閥19和18來(lái)進(jìn)行。如上所述，同樣的原理也適用于陽(yáng)離子的去除。在這種情形下，圖2中相同的附圖 標(biāo)記可能具有不同的含義，因此(2)代表陽(yáng)離子交換材料，并且極性顛倒，例如(5)代表陽(yáng) 極并且(4)代表陰極。該裝置用于將陽(yáng)離子從水溶液中去除，例如用H+替換鹽的陽(yáng)離子和 /或去除以游離或非游離形式存在的堿。去除的陽(yáng)離子以及在陰極處產(chǎn)生的OH—和H2被陰 極沖洗液流(12)所沖洗。圖3為根據(jù)本發(fā)明的去離子裝置34的第三實(shí)施例的示意圖。裝置34可用于去除 陰離子或去除陽(yáng)離子。這里將描述用于從水溶液中去除陰離子的裝置34。裝置34包括可為圓柱形或其它形狀的罩殼22，其含有陽(yáng)極4、陰極5和位于陽(yáng)極 和陰極之間的陰離子-交換材料2。罩殼22限定了一個(gè)腔室并且形成了電化學(xué)電池。罩殼 22具有用于水溶液供給液流10的入口 7，用于陽(yáng)極沖洗液流12的出口 8，用于陰極沖洗液 流14的出口 13和用于基本不含鹽的陰離子的產(chǎn)物流11的出口 9。供給液流10通過(guò)接近陽(yáng)極4端的入口 7進(jìn)入電池。入口 7和陽(yáng)極4位于罩殼22 的一端即陽(yáng)極端處。罩殼22的另一端即陰極端位于陽(yáng)極端的相反端。出口 9和13位于接 近陰極5的陰極5端處，出口 13比出口 9更接近該陰極端。當(dāng)具有三個(gè)出口 8、13和9時(shí)， 液流10將被分離為用于去除離子的第一液流(箭頭Fl)和用于沖洗陽(yáng)極4的第二液流(箭 頭F2)。用于去除離子的液流Fl轉(zhuǎn)至垂直于電極4和5的方向并且從陽(yáng)極4流向陰極5， 在陰極處液流進(jìn)一步分離為基本不含鹽的陰離子的產(chǎn)物流11 (箭頭F’ 1)和作為陰極沖洗 液流14的第三液流(箭頭F3)。因此提供了用于陰極沖洗液流14的獨(dú)立出口 13并且通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)液流分離來(lái)沖洗陰極5。該陰極沖洗液流14將優(yōu)選包含氣體(如在陰極5處產(chǎn)生的H2)以及電極反應(yīng) 可能產(chǎn)生的副產(chǎn)品，因此產(chǎn)物流11將基本是純的。根據(jù)本發(fā)明，用于去除離子的液流與離 子交換材料2內(nèi)離子的電遷移方向相反，而部分處理過(guò)的液體通過(guò)出口 9作為產(chǎn)物11離開(kāi) 罩殼22，同時(shí)其余部分用于沖洗陰極5并且作為廢液流14通過(guò)出口 13離開(kāi)腔室。在這種情形下，在罩殼22內(nèi)在主液流的方向(箭頭Fl)上水溶液流體動(dòng)力學(xué)分離 發(fā)生兩次第一次接近入口 7，并且第二次接近罩殼22的出口 9。如前面的實(shí)施例所述，通 過(guò)出口 8、9和13的流速之間的比值受到三個(gè)通道的流體動(dòng)力學(xué)阻力所限，該阻力取決于裝 置34的設(shè)計(jì)并且可通過(guò)裝置34的出口下游的閥、毛細(xì)管等調(diào)控。在圖3的實(shí)施例中，液體可流經(jīng)電極4并且用于電極沖洗液流12的出口 8位于電 極4后部的腔室6內(nèi)。因此用于電極沖洗的第二液流(箭頭F2)經(jīng)過(guò)電極4并且作為廢液 流12與去除的離子和電極反應(yīng)的產(chǎn)物一同通過(guò)出口 8離開(kāi)電池21。在這種情形下，電極可為網(wǎng)狀金屬或可為多孔的金屬或非金屬材料。還可為由不 同材料或結(jié)構(gòu)制成的復(fù)合電極。腔室6可填充傳導(dǎo)流通(conductive flow-through)材料。 這可增加有效電極表面并且減少離子濃度、PH值的局部變化以及在電極表面的巨大氣泡形 成。在某些情形下，這可有效地防止氧化皮的形成。如果電極4為陰極，當(dāng)使用含有硬性離 子的水溶液時(shí)這是格外優(yōu)選的，以減少與陰極4表面局部pH值增加相關(guān)的生成氧化皮的風(fēng) 險(xiǎn)。圖4為根據(jù)本發(fā)明的去離子裝置35的第三實(shí)施例的示意圖。裝置35可用于去除 陰離子或去除陽(yáng)離子。這里將描述用于從水溶液中去除陰離子的裝置35。裝置35包括形成電化學(xué)電池的罩殼24。罩殼24具有用于供給液流10的入口 7、 用于電極沖洗液流12的出口 8、用于基本不含鹽的陰離子的產(chǎn)物流11的出口 9、陽(yáng)極4、陰 極5以及陽(yáng)極和陰極之間的離子交換材料2。罩殼24內(nèi)用于去除離子的液流流動(dòng)(箭頭 Fl)與離子交換材料2內(nèi)的反離子的遷移方向相反。罩殼被為平面的壁42在某種意義上垂直于電極4和5而限定且封閉成形成圓柱 體。壁42與電化學(xué)可再生的離子交換材料2c相接觸。所述壁42的部分細(xì)節(jié)如圖7所示。 液體流動(dòng)用箭頭F表示。d為材料2的串珠的半徑。d的長(zhǎng)度為一壁層厚度，該壁層內(nèi)具有 比所述材料2的堆塊中更多的空隙。裝置35除了具有膜3外通常類似于圖2所示的裝置32，該膜優(yōu)選為離子交換膜， 將罩殼24分隔為提純腔16和主去離子腔40。部分供給液流10 (箭頭F’ 2)例如使用罩殼 內(nèi)和/或膜3下部的口(或孔)來(lái)沖洗陽(yáng)極腔16，如圖4所示。該膜3將罩殼24分隔為兩 個(gè)腔室16和40，這樣優(yōu)選地產(chǎn)生更好的流體動(dòng)力學(xué)分離。此處在用于去除陰離子的裝置的情形下，膜3優(yōu)選為陰離子交換膜。在去除陽(yáng)離 子的情形下，膜3優(yōu)選為陽(yáng)離子交換膜。電極腔室16可不具有填充物(如圖所示)或填充流通傳導(dǎo)材料。如果不希望在陰極5處的產(chǎn)物流11中出現(xiàn)氣體和其它反應(yīng)的副產(chǎn)物，可通過(guò)使用 流體動(dòng)力學(xué)流動(dòng)分離來(lái)提供用于沖洗陰極5的單獨(dú)出口，如圖5所示。圖5為根據(jù)本發(fā)明的去離子裝置36的第四實(shí)施例的示意圖。裝置35可用于去除 陰離子或去除陽(yáng)離子。這里將描述用于從水溶液中去除陰離子的裝置36。裝置36包括罩殼20，其具有用于供給液流10的入口 7、用于基本不含鹽的陰離子
11的產(chǎn)物流11的出口 9、陰極5、用于陰極沖洗液流14的出口 13、膜3與15之間的陰離子交 換材料2、陽(yáng)極4、用于陽(yáng)極沖洗液流12的出口 8以及被膜3分隔開(kāi)的陽(yáng)極腔室16。罩殼 20內(nèi)用于去除離子的液體流動(dòng)(箭頭Fl)與離子交換材料2內(nèi)的反離子的遷移方向相反。裝置36除了膜15外通常類似于圖4所示的裝置35，該膜15優(yōu)選為離子交換膜， 分隔陰極腔16’。部分已去離子的供給液流10例如使用罩殼內(nèi)和/或膜15下部的口(或 孔)來(lái)沖洗電極腔16’，如圖5所示。該膜15還將裝置36分隔為腔室16’和主去離子腔 41 (而非圖4中的主去離子腔40)，這樣優(yōu)選地產(chǎn)生更好的流體動(dòng)力學(xué)分離。罩殼20包括 三個(gè)腔室陰極腔16’，陽(yáng)極腔16，以及二者之間的主去離子腔41。在用于去除陰離子的裝置的情形下，膜15優(yōu)選為陰離子交換膜。在去除陽(yáng)離子的 情形下，(4)代表陰極，(5)代表陽(yáng)極并且(15)優(yōu)選為陽(yáng)離子交換膜。電極腔16’可不具有填充物或填充具有中性、陽(yáng)離子交換、陰離子交換(如圖所 示)或電子傳導(dǎo)特性的材料。優(yōu)選陰極腔16，填充有電子傳導(dǎo)的流通(electron-conductiveflow-through)材 料并且陽(yáng)極腔16填充有陰離子-交換流通(flow-through)材料。在這種情形下，通過(guò)入口 7進(jìn)入罩殼20的供給液流10首先分離為用于去除離子 的第一液流(箭頭Fl)以及用于電極沖洗的第二液流(箭頭F’2)，其穿過(guò)膜3并且作為廢 液12與去除的離子和電極反應(yīng)的產(chǎn)物一同通過(guò)出口 8離開(kāi)電池20。該第一液流在穿過(guò)離 子交換材料2后被分離為通過(guò)出口 9離開(kāi)電池20的基本去離子的產(chǎn)物流11 (箭頭F” 1)， 以及穿過(guò)膜15并且作為廢液14與電極反應(yīng)的產(chǎn)物一同通過(guò)出口 13離開(kāi)電池20的第三液 流(箭頭F’ 3)。在圖4和5所示的實(shí)施例中，我們驗(yàn)證了可能使用與填充有離子交換材料2的去 離子腔(40，41)隔離的電極腔(16，16’)，同時(shí)穿過(guò)該去離子腔室的液流(箭頭Fl)與離子 交換材料2內(nèi)離子的遷移方向相反。圖6為根據(jù)本發(fā)明的去離子裝置37的第五實(shí)施例的示意圖。裝置37包括圓柱形的罩殼25，其內(nèi)具有陽(yáng)極4、陰極5、雙極性膜17、去離子腔39 內(nèi)位于陽(yáng)極4與雙極性膜17之間的陰離子交換材料2a、以及去離子腔38內(nèi)位于雙極性膜 17與陰極5之間的陽(yáng)離子交換材料2c。罩殼25形成電化學(xué)電池。罩殼25被為平面的壁43在某種意義上垂直于電極4 和5而限定且封閉從而形成圓柱體。壁43如圖9所示為皺折狀的。該皺折的深度為尺寸
3- ο壁43與電化學(xué)可再生的離子交換材料2a和2c相接觸。與電化學(xué)可再生的陰離 子交換材料2a接觸的所述壁43的部分細(xì)節(jié)如圖8所示，其中液體流動(dòng)用箭頭F表示。材 料2c的串珠與皺折完美配合。每段皺折都具有波紋形狀，其深度為尺寸a并且其長(zhǎng)度為尺 寸b，如圖8所示。皺折的其它變型如圖10所示，包括具有三角形截面的皺折(圖10A)和具有多多 少少半球形截面的皺折(圖10B)。罩殼25具有用于陰極沖洗液流14的出口 13、用于陽(yáng)極沖洗液流12的出口 8、用 于流入陽(yáng)離子-交換材料2c內(nèi)的水溶液供給液流10的入口 7、用于基本不含鹽的陽(yáng)離子的 液流26的出口 28，該液流26通過(guò)管道30流至入口 27，并且再流入陰離子交換材料2a內(nèi)，還流至用于基本不含鹽的陽(yáng)離子和陰離子的產(chǎn)物流11的出口 9。雙極性膜17包括至少兩 層面對(duì)陽(yáng)極的陰離子交換層和面對(duì)陰極的陽(yáng)離子交換層，并且能夠通過(guò)水離解產(chǎn)生OH—和H+。供給液流10通過(guò)位于陰極5附近的入口 7進(jìn)入電池。當(dāng)有兩個(gè)出口 13和28時(shí)， 液流10將分離為用于去除離子的液流(箭頭FIl)和用于沖洗陰極的液流(箭頭FI2)。用 于去除離子的液流FIl轉(zhuǎn)至垂直于電極4和5的方向并且從陰極5流向陽(yáng)極4(圖6中從 左向右)，并且在流體動(dòng)力學(xué)上受到雙極性膜17和出口 28的排流的限制。供給液流26通過(guò)位于陽(yáng)極4附近的入口 27進(jìn)入電池。當(dāng)有兩個(gè)出口 8和9時(shí)， 液流26將分離為用于去除離子的液流(箭頭FI3)和用于沖洗陽(yáng)極的液流(箭頭FI4)。用 于去除離子的液流FI3轉(zhuǎn)至垂直于電極4和5的方向并且從陽(yáng)極4端流向陰極5端(圖7 中從右向左)，并且在流體動(dòng)力學(xué)上受到雙極性膜17和出口 9的排流的限制。用于去離子的該裝置37使用被雙極性膜17分隔開(kāi)的陽(yáng)離子_交換材料2c和陰 離子-交換材料2a，用于電化學(xué)增強(qiáng)的水離解，同時(shí)液流(FI1，F(xiàn)I3)與所述材料內(nèi)離子的 電遷移方向相反，其中去離子腔室39和38內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)流體分離被用于沖洗流通電極， 電極4或5后部的空間6或16填充有電子傳導(dǎo)材料(未示出)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)出口 8的液流12被閥18所調(diào)控，并且穿過(guò)出口 13的液流14被 閥23所調(diào)控。用于去離子的裝置不局限于圖6所示的液流順序，S卩，其中供給液流首先通過(guò)具 有陽(yáng)離子_交換材料2c的腔室38，接著通過(guò)填充有陰離子-交換材料2a的腔室39。其它 順序也是可能的，即，其中液流首先穿過(guò)具有陰離子_交換材料2a的腔室39，接著穿過(guò)具 有陽(yáng)離子-交換材料2c的腔室38，使用圖6中入口和出口的如下順序27-9-7-28，管道30 位于出口 9與入口 7之間。其它實(shí)施例(未示出)包括至少一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)電極腔，該電極腔與去離子腔被液 密的離子_交換膜分隔開(kāi)并且具有自己的入口和自己的用于分離出的沖洗液流的出口。根據(jù)本發(fā)明，本實(shí)施例不排除用第二液流沖洗。因此在這種情形下，電極在兩側(cè)被 沖洗兩次電極腔一側(cè)和去離子腔一側(cè)。在這種情形下，致密(無(wú)口或孔)的離子-交換膜被用于分隔電極腔和去離子腔。 產(chǎn)物流或供給液流的一部分、其它電極腔的沖洗液流、以及其它液流可用于沖洗這樣分隔 的電極腔。如果需要，也可使用腔室內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)流體分離的相同原理獨(dú)立地沖洗雙極性膜 附近的空間，其中腔室不具有任何離子_交換膜、具有離子_交換膜或使用獨(dú)立的供給腔 室。例如雙極性膜17可具有有限的選擇透過(guò)性并且因此使得某些污染物從填充有2c的腔 室遷移和/或擴(kuò)散至填充有2a的腔室內(nèi)。在這種情況下，這些污染物中的一些可能會(huì)出現(xiàn) 在產(chǎn)物流11中。為避免此現(xiàn)象，可使用不帶有或帶有離子-交換膜的流體動(dòng)力學(xué)流體分離 或使用被離子_交換膜完全分隔開(kāi)的額外腔室來(lái)沖洗填充有2a的腔室內(nèi)鄰近雙極性膜的 空間。如果使用鄰近雙極性膜的獨(dú)立腔室，它應(yīng)當(dāng)填充有鄰近雙極性膜的陰離子交換層的 陰離子_交換材料或由鄰近雙極性膜的陽(yáng)離子交換層的陽(yáng)離子_交換材料填充。因此本發(fā) 明還涵蓋了用于分隔電極腔室或鄰近雙極性膜的腔室的離子_交換膜的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明，第一與第二去離子腔室之間的水溶液液流、產(chǎn)物流以及其它液流也可部分或完全地用于沖洗獨(dú)立的電極腔室或鄰近雙極性膜的帶有外部入口或外部出口的腔室。液流連續(xù)地通過(guò)去離子腔室的優(yōu)選順序必須根據(jù)污染物類型來(lái)確定。對(duì)于天然或 處理過(guò)(例如反滲透處理)的天然水的典型污染物來(lái)說(shuō)，通常優(yōu)選的液流順序是首先通過(guò) 填充有陽(yáng)離子-交換材料的腔室，接著通過(guò)填充有陰離子-交換材料的腔室，但不局限于 此。本發(fā)明的方法和裝置是優(yōu)選的，因?yàn)槠渚哂袠O高的電流效率、極高的緩沖能力、優(yōu) 良的去離子性能、簡(jiǎn)單的構(gòu)造和較低的材料成本。具有較小比例尺寸并且流速優(yōu)選0-50L/ h或優(yōu)選0. 05-5L/h的裝置是最實(shí)用的，但不局限于此。本發(fā)明的裝置一般不同于傳統(tǒng)的板-和-框架或螺旋纏繞的模塊設(shè)計(jì)。這就提供 了額外的特征，如可能建立用于裝置的原始3D設(shè)計(jì)。常規(guī)設(shè)計(jì)不局限于彼此平行放置的平 面電極以及電極之間的線性腔室，從而提供與離子的電遷移方向相反的液流。用作供給液流的典型液體是預(yù)處理過(guò)的水，如反滲透、納米過(guò)濾或超濾的滲透物。本發(fā)明的方法和裝置用于從極性液體中去除電離的和/或離子化成分的原理不 僅可應(yīng)用于含水電解質(zhì)溶液，還可應(yīng)用于其它極性溶劑或水/極性溶劑混合物溶液。在水/極性溶劑混合物的情形下，離子遷移的原理類似于水溶液，即電化學(xué)水分 解(split)發(fā)生在電極處或雙極性膜中，產(chǎn)生H+和0H_以用于離子-交換材料的電化學(xué)再 生以及用于與液體交換離子。已知某些極性溶劑的電化學(xué)分解可能發(fā)生在電極處或雙極性膜中。在雙極性膜 中，某些有機(jī)酸可被電場(chǎng)分解為H+和羧酸鹽離子，某些醇可被分解為H+和溶劑陰離子等。 例如，雙極性膜內(nèi)的甲醇的分解產(chǎn)生H+和CH30_(甲醇鹽)離子。產(chǎn)生的離子可遷移進(jìn)入離 子_交換材料并且可用于與將被從液流中去除的離子進(jìn)行離子_交換。但是，為簡(jiǎn)化解釋， 本發(fā)明說(shuō)明書中的說(shuō)明是基于水溶液即帶有電離的或離子化污染物的水的使用，同時(shí)H+或 /和0H_離子作為電化學(xué)水分解的產(chǎn)物用于離子_交換材料的電化學(xué)再生。
權(quán)利要求
一種用于從極性液體(10)中去除離子的方法，包括至少一個(gè)步驟，其中所述極性液體(10)被分離為第一液流(F1；FI1，F(xiàn)I3)以及第二液流(F2；FI2，F(xiàn)I4)，所述第一液流(F1；FI1，F(xiàn)I3)穿過(guò)電化學(xué)可再生的離子 交換材料(2；2c，2a)，該材料位于兩個(gè)電極(4，5)之間施加的電場(chǎng)中，所述第一液流(F1；FI1，F(xiàn)I3)從電極(4；5)之一流向另一個(gè)電極(5；4)，因此將被去除的離子以相反于第一液流流經(jīng)所述離子 交換材料(2；2c，2a)的方向進(jìn)行遷移，所述第二液流(F2；FI2，F(xiàn)I4)沖洗所述電極(4；5)之一或位于電極(4；5)之間的離子 交換膜(17)，并且所述材料被形成于另一電極(5；4)處或所述離子 交換膜(17)處的離子再生。
2.如前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，第二液流(F2，F(xiàn)’2；FI2)通過(guò)與所述電極 相切地經(jīng)過(guò)和/或通過(guò)所述電極來(lái)沖洗電極(4 ；5)之一，優(yōu)選通過(guò)該電極。
3.如前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，第三流體(F3，F(xiàn)’3，F(xiàn)I4)通過(guò)與所述電極 相切地經(jīng)過(guò)和/或通過(guò)所述電極來(lái)沖洗所述另一個(gè)電極(5 ；4)，優(yōu)選通過(guò)該電極。
4.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，用于沖洗電極(4，5)之一液流 中的至少一種(F’ 2，F(xiàn)’ 3)在相切地經(jīng)過(guò)和/或通過(guò)所述電極之前穿過(guò)膜(3，15)。
5.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，-用兩個(gè)所述步驟分別通過(guò)電化學(xué)可再生的陰離子-交換材料(2a)和電化學(xué)可再生的 陽(yáng)離子-交換材料(2c)來(lái)去除陰離子和陽(yáng)離子，以及_使用用于分別為陰離子-交換材料(2a)和陽(yáng)離子-交換材料(2c)提供再生的0H_陰 離子和H+陽(yáng)離子來(lái)源的工具(17)。
6.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，液流(11，12，14)通過(guò)至少一 種、優(yōu)選所有排出液流(11，12，14)內(nèi)壓降的流體動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)控。
7.一種用于從極性液體(10)中去除離子的裝置(32，34，35，36，37)，其中該裝置包括 至少一個(gè)罩殼(21，22，24，20，25)，其具有至少一個(gè)腔室(38，39)并且其中電極(4，5)和反 電極(5，4)位于該裝置(32，34，35，36，37)的兩個(gè)不同端處，其中電化學(xué)可再生的離子-交 換材料(2, 2a, 2c)位于電極(4,5)與反電極(5,4)之間，罩殼(21，22，24，20，25)包括用于 進(jìn)入液流(10)的一個(gè)入口(7，27)，所述入口(7，27)位于裝置的電極(4，5)端處，以及用 于已去離子的液流(11)的出口(9，28)，所述出口(9，28)位于裝置的反電極(5，4)端處或 可選地位于裝置的離子-交換膜(17)端處，所述離子-交換膜(17)位于電極(4 ；5)之間， 所述裝置(32，34，35，36，37)的特征在于其包括用于分離所述進(jìn)入液流(10)的工具(23， 18，19)，并且其中至少具有一個(gè)用于沖洗電極(4，5)的液流的第二出口(8，13)，該第二出 口(8，13)位于裝置的電極(4，5)端處。
8.如前述權(quán)利要求所述的裝置(34，36)，其特征在于，裝置(34，36)包括用于沖洗反電 極(5，4)或離子_交換膜(17)的液流的第三出口(13)，如果存在，所述第三出口(13)位于 裝置的反電極(5)端處或裝置的離子-交換膜(17)端處。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8任意一項(xiàng)所述的裝置(32，34，35，36，37)，其特征在于，罩殼 (21，22，24，20，25)包括在罩殼(25)內(nèi)限定了兩個(gè)腔室(38，39)并且提供0H_和H+離子來(lái) 源的工具(17)，每個(gè)腔室(38，39)包括用于分離進(jìn)入液流(10，26)的工具，用于已去離子 的液流(11，26)的出口(9，28)以及用于沖洗電極或反電極(5，4)或離子-交換膜(17)的液流(12，14)的出口(13，8)，若存在，還包括連接腔室之一(39)的入口(27)與另一腔室 (38)的出口 (28)的管道(30)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9任意一項(xiàng)所述的裝置(32，34，35，36，37)，其特征在于，包括位于 裝置(32，34，35，36，37)的出口 (8，9，13，26)下游且用于調(diào)節(jié)進(jìn)入液流(10，26)和排出液 流(12，11，14)的流體動(dòng)力學(xué)阻力的工具(18，19，23)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10任意一項(xiàng)所述的裝置(37)，其特征在于，腔室(38)被與電化 學(xué)可再生的離子-交換材料(2c)相接觸的至少一個(gè)壁(25)垂直于電極而限定，所述裝置 (37)的特征在于所述壁(43)面對(duì)所述離子-交換材料(2c)的表面的至少一部分、優(yōu)選 全部為皺折狀的。
全文摘要
一種用于從極性液體(10)中去除離子和離子化物質(zhì)的方法，包括至少一個(gè)步驟，其中所述極性液體(10)被分離為第一液流(F1)以及第二液流(F2)，所述第一液流(F1)穿過(guò)電化學(xué)可再生的離子-交換材料(2；)，該材料位于兩個(gè)電極(4，5)之間施加的電場(chǎng)中，所述第一液流(F1)從一個(gè)電極(4)流向另一個(gè)電極(5)，因此將被去除的離子以相反于第一液流流經(jīng)所述離子-交換材料(2)的方向進(jìn)行遷移，所述第二液流(F2)沖洗所述一個(gè)電極(4)，并且所述材料被形成于另一電極(5)處的離子再生。還涉及特別用于實(shí)施所述方法的裝置。
文檔編號(hào)B01D61/46GK101898090SQ200910265629
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者A·格拉博夫斯基 申請(qǐng)人:米利波爾公司