专利名称：一种电吸附水处理模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个通过电吸附作用去除水中离子的模块，该模块对废水处理和海水 淡化都有巨大的潜力。
背景技术：
随着社会的发展，水资源越来越受到人们的关注。淡水资源是有限的，对废水的回 收利用就显得尤为重要。现在对废水进行处理的主要方法有离子交换法、电渗析法、蒸馏 法和反渗透法。离子交换法的主要特点是技术成熟，但在再生过程中生成大量的废酸、废碱 等二次废液；电渗析法和反渗透法的主要缺点是存在薄膜毒化的，而蒸馏法的主要特点是 能耗比较大。为了克服以上缺点，电吸附水处理技术越来越受到关注。电吸附水处理技术就是 在电极上加上电压，当含有离子的液体从电极板之间流过时，液体中的正离子向负极移动， 而液体中的负离子向正极移动，最终吸附到电极板上，从而实现液体的净化脱盐。吸附饱和 后，把电极板反接或短接来实现其再生。U. S. Pat. No. 006309532B1等所述电吸附水处理模块，有电极板、支撑板、垫片、绝 缘膜和螺丝钉等组成，每对电极板间有绝缘膜隔开，把支撑板和电极板用螺丝钉压紧形成 电吸附水处理模块。每个电极板都与外电源相连接，电极板之间的空隙形成流道，在该种模 块中，流道都为蛇形流道，这样液体在模块的流过的距离才最长。在螺丝钉压紧的过程中， 由于受力的不同，垫片的变形也不同，使得电极板间距也就不一样，同时，由于受力的不同， 电极板也会出现变形，也会影响电极板间距。U. S. Pat. No. 20090255815A1中，中间的电极板与外电源的负极相连接，两端的两 个电极板与外电源的正极相连接，每个电极板上都开有许多圆形的小孔，小孔在电极板上 排列成圆形，小孔的面积应该占总面积的7% -15%，上下两个电极板上开的小孔不是正对 着，而是错开着的。在液体流过的过程中，电极板的两面带上了相反的电荷，从而对液体中 的离子进行了吸附，提高了吸附效率。但是也存在受力不平衡，使得极板间距不一致的问 题。U. S. Pat. No. 20090218227A1中，电极片不是用导电胶粘到集电板上，而是把电极 片与集电板压紧，使其紧密接触，减小了接触电阻，增加了吸附效率。同时垫片上带有挡板， 组装成电吸附水处理模块后，液体进入模块后，是沿着挡板的方向流动，从而使得液体在模 块中流动的距离增大，流动的时间增长，使得吸附效率增加。该模块每个电极板都与外电源 相连接，使得接触电阻比较大，同时电极板与外电源相连接的地方也是最容易破坏的地方， 电吸附水处理模块的组装应当尽量减少电极板与电源的连接个数。CN01127147、CN01127146、CN00261828、CN0124553、CN0124554 等专利中，电吸附 水处理模块的每个电极板都与电源相连接，结构复杂，可靠性低，在每两个电极板所形成的 流道中，都填有可以使离子通过的离子交换树脂，使得液体流动的阻力增大，增加了能耗。 CN2007200332、CN200710019276等专利中，电吸附水处理模块中只有两个配电板与电源相连接，由于采用了串联的供电方式，使得工作电流减小，提高了模块工作的可靠性，同样在 电极板所形成的流道中，填有可使离子通过的离子交换树脂。影响电吸附水处理模块性能的主要因素有电吸附材料、流动方式和流道。电吸附 材料主要有活性炭、碳气凝胶、碳纳米管等等具有大比表面积的物质。把电极片与集电板用 导电胶粘贴在一起或者用外力压紧使其形成双面电极板，两个电极板之间为溶液流过的通 道。现在电吸附模块通用的为蛇形流道，但在液体流速不大的情况下，液体在流道中流动的 很平缓，搅拌作用很有限，使得离子的吸附效率并不高；同时，电极板间距的不一致，也使得 电吸附效率下降。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种高效、节能的电吸附水处理模块。本发明的改进之处在于其连接方式，以前的电吸附水处理模块的电极板都与电源 相连接，而现在所制作的电吸附水处理模块，只有最上面和最下面的电极板与电源直接相 连接，中间的电极板由与电源直接相连接的电极板感应出电荷，从而使该模块的工作电压 和工作电流更加平衡，使得吸附效果更高。一种电吸附水处理模块，其特征在于该电吸附水处理模块的两端分别为支撑板 3，在两个支撑板3间为电极板5和垫圈4的交替排列，电极板5包括电极片8和集电板7。 紧挨着支撑板3的两个电极板5为单面电极板，其它的都是双面电极板，单面电极板是一片 电极片8和一片集电板7 ；双面电极板是集电板7设在两片电极片8之间；每对两个电极板 5间有绝缘膜并设置挡板9，最后把两端的支撑板3压紧形成电吸附水处理模块。最上面和 最下面的电极板5分别与电源的正负极相连接，电极板5上开有使液体流过的导液孔6，与 两个电极板5之间形成的空隙共同形成流道，以及与两端的支撑板3上的进液口 1和出液 口 2形成流道。电极片8为活性炭、碳气凝胶或碳纳米管；集电板7是石墨板、石墨纸或钛板；，垫 圈4采用绝缘材料。绝缘膜为聚丙烯、聚乙烯单层微孔膜或者由聚丙烯和聚乙烯复合的多层微孔膜。挡板9与电极板5的接触面积应小于电极板5面积的10%。在电吸附水处理模块的组装压紧过程中，由于受力的不同，从而使每个垫片的变 形也不同，电极板也会出现不同的变形，这样就使得电极板之间的距离不一致，使用固定的 电压就会使得电吸附效率降低。在电吸附过程中，液体在电吸附水处理模块中流过的距离 越长，吸附的效果就越好，所以提高液体在流道中流过的距离也能提高吸附效率。针对以上 影响电吸附的因素，本发明在流道中设置挡板解决以上问题。在流道中设置挡板，第一可以 起到支撑作用，固定电极板间的距离，同时可以抑制电极板的变形。第二可以使液体顺着挡 板流动，使液体在装置中流过的路径更长，在流道中设置挡板能显著提高电吸附水处理模 块的吸附效率。
图1、电吸附水处理模块的剖面2、电极板示意3、电极板的分解图
图4、电吸附水处理模块的接线方式中1.进液口，2.出液口，3.支撑板，4.垫圈，5.电极板，6导液孔，7.集电板， 8.电极片，9.挡板。
具体实施例方式下面会具体介绍该专利的细节，并根据相应的图来具体介绍其实施方法。图1电吸附水处理模块的剖面图，电吸附水处理模块包括电极板5、垫圈4和支撑 板3。电极板5和垫圈4在两支撑板3间交替排列，最后两个支撑板3把电极板5和垫圈4 压紧形成电吸附水处理模块。每两个电极板5之间都有一定间距，间距的大小有垫圈4来 决定。电极板5上开有使液体流过的导液孔6，与两个电极板5之间形成的空隙共同形成流 道。在每两个电极板之间设置了挡板9，当液体有进液口 1进入电吸附水处理模块后，溶液 沿着挡板9的方向流过两个电极板5之间形成的流道，从而使液体流过的路径最长，使吸附 效率增大，最后液体有出液口 2流出。图2为电吸附水处理模块的电极板剖面图，有图可知，该电吸附水处理模块的电 极板5包括电极片8、集电板7，其中在集电板上上开有使液体流过的导液孔6，用导电胶把 电极片8粘贴到集电板7上，形成双面电极板5。图3为两个相邻电极板的分解图，下上为两个电极板5，中间为垫圈4和挡板9。 两个电极板上在相反的方向上开有导液孔6，使得液体在其中按“Z字”形的流动，导液孔6 与电极板的空隙形成流道，在流道中设置挡板9，挡板9采用绝缘材料，强度大，液体在两个 电极板5间空隙流动时顺着挡板9流动，这就使得液体不光在整个电吸附水处理模块中按 蛇形流道流动，在两个电极板5之间液体也是按蛇形流道流动，使得液体在电吸附水处理 模块中流过的路程更长，提高了电吸附水处理模块对液体中离子的吸附效率；同时由于挡 板9的存在，使得整个电吸附水处理模块在组装压紧过程中，垫圈4的变形比较均勻，从而 能够抑制电极板5的变形，这就使得整个电吸附水处理模块的流道比较均勻，可以大大提 高电吸附水处理模块的吸附效率。图4为电吸附水处理模块与电源连接方式图。在本发明中，电吸附水处理模块只 有最上面与最下面的两个电极板与电源相连接，假设最上面的电极板与正极相连接，则最 下面的电极板与电源的负极相连接，与正极相连接的电极板带正电荷，那么与它相邻的电 极板的相邻面则会被感应出负电荷，此电极板的另一面相应的带正电荷，以此类推，中间的 所有电极板都同时带有正电荷和负电荷。这样一方面在电压加的相对大的情况下，电流也 会很小，水不会被电解，所以可以加相对比较大的电压，形成强的电场，使吸附效率增大。另 一方面，可以使工作电压和工作电流更加平衡，使吸附更稳定。实施实例模块1，电极材料为活性炭，垫圈的厚度为2cm，电压为1. 2V，10片电极板，电极板 间设有挡板，只有最上端和最下端两个电极板与电源相连接。当浓度为2000μ s/cm的溶液 以0. 6L/h通过该模块时，出水浓度为861 μ s/cm。模块2，电极材料为活性炭，垫圈的厚度为2cm，电压为1. 2V，10片电极板，电极 板都与电源相连接。当浓度为2000 μ s/cm的溶液以0. 6L/h通过该模块时，出水浓度为 1227 μ s/cm。
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模块1是按本发明制作的电吸附水处理模块，模块2为对比模块，对比数据在表1中。表 权利要求
一种电吸附水处理模块，其特征在于该电吸附水处理模块的两端分别为支撑板(3)，在两个支撑板(3)间为电极板(5)和垫圈(4)的交替排列，电极板(5)包括电极片(8)和集电板(7)；紧挨着支撑板(3)的两个电极板(5)为单面电极板，其它的都是双面电极板，单面电极板是一片电极片(8)和一片集电板(7)；双面电极板是集电板(7)设在两片电极片(8)之间；每对两个电极板(5)间有绝缘膜并设置挡板(9)，最后把两端的支撑板(3)压紧形成电吸附水处理模块；最上面和最下面的电极板(5)分别与电源的正负极相连接，电极板(5)上开有使液体流过的导液孔(6)，与两个电极板(5)之间形成的空隙共同形成流道，以及与两端的支撑板(3)上的进液口(1)和出液口(2)形成流道。
2.根据权利要求1所述的电吸附水处理模块，其特征在于电极片(8)为活性炭、碳气 凝胶或碳纳米管；集电板(7)是石墨板、石墨纸或钛板；垫圈(4)采用绝缘材料。
3.根据权利要求1所述电吸附水处理模块，其特征在于绝缘膜为聚丙烯、聚乙烯单层 微孔膜或者由聚丙烯和聚乙烯复合的多层微孔膜。
4.根据权利要求1所述电吸附水处理模块，其特征在于挡板(9)与电极板(5)的接 触面积小于电极板(5)面积的10%。
全文摘要
一种电吸附水处理模块属于废水处理领域。该电吸附水处理模块的两端分别为支撑板(3)，在两个支撑板(3)间为电极板(5)和垫圈(4)的交替排列，电极板(5)包括电极片(8)和集电板(7)；每对两个电极板(5)间有绝缘膜并设置挡板(9)，最后把两端的支撑板(3)压紧形成电吸附水处理模块；最上面和最下面的电极板(5)分别与电源的正负极相连接。在本发明中，电吸附水处理模块只有最上面与最下面的两个电极板与电源相连接，加相对比较大的电压，形成强的电场，使吸附效率增大；使工作电压和工作电流更加平衡，使吸附更稳定。
文档编号C02F1/469GK101973608SQ20101054392
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者孟庆函, 张志超, 曹兵 申请人:北京化工大学