离子交换膜复合多极电容吸附脱盐装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海水淡化和污水、废水处理技术领域，是一种通过加一定电压来吸附 水溶液中离子的水处理模块。
【背景技术】
[0002] 随着经济的高速发展和人口的迅速膨胀，水资源紧缺的现象日益严重，工业及生 活用水紧缺，水污染不仅对环境造成极大的破坏，而且还会对人类的身体健康造成极大的 危害，所以水资源的净化成为人们普遍关心的问题。目前水处理的方法主要有蒸馏法、离子 交换法、电渗析法、反渗透法等。但是这些方法都有着各自的不足之处：蒸馏法的能耗较高 而且易结垢；离子交换法中使用的离子交换树脂易被有机杂质污染，因此需要经常更换昂 贵的离子交换树脂，成本高；电渗析法中使用的离子交换膜易被毒化，而且处理过程中有水 的电解，增加了能耗；反渗透法目前使用较为普遍，但是使用过程中需要高压设备，并且反 渗透膜易被污染，需要定期清洗。
[0003] 电容吸附脱盐水处理技术作为一种新型的水处理技术，具有低能耗，低成本，操作 简单，处理效率高，无二次污染，无薄膜毒化及系统压力低等优点，近些年来引起了实验人 员的大量关注。电容吸附脱盐水处理技术足以弥补上述各种海水淡化处理技术的不足，被 普遍认为是一种绿色环保的水处理方法，有着巨大的应用前景。
[0004] 电容吸附脱盐的原理吸附水处理技术的原理就是在两个电极板上施加一定的电 压，电极板之间就形成一个电场，当盐溶液从电极板之间的流道流过时，会受到电场力的作 用，从而吸附到涂在电极板上的吸附材料中去。等吸附饱和，切断电源，短接或者反接电压 就可以实现脱附，使吸附的离子脱附到溶液中去，从而使电容吸附脱盐水处理模块循环使 用。
[0005] 影响电容吸附脱盐水处理模块的吸附性能的因素有：电容吸附脱盐材料、流道、流 动方式和电极板间的间距。电容吸附脱盐材料一般选用孔径分布以中孔为主、比表面积比 较大的材料，如介孔活性碳、石墨烯、碳纳米管、炭气凝胶等；流道一般采用蛇形循环的方 式，增加溶液在电极板间的停留时间；流动方式一般采用从模块下方进水，上方出水，溶液 流速不大，在电极板间流的很平稳，有利于吸附；电极板的间距很大程度影响到电极板间的 电压和场强，对吸附的影响很大，要尽量保证间距的统一。
[0006]US2009084675A1，CN01127147. 7,CN201220679818,CN2013106616436 等专利中的 电容吸附装置的每一个模块单元都与电源直接连接，一方面造成结构复杂，组装困难；另 一方面数百个模块单元并联在一起的工作电流非常大，能耗高，效率低。US20110162964， US20130264208等专利中电容吸附装置中加入了离子交换树脂，增大了流体流动的阻力，增 加了能耗。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的针对上述提出的缺点，设计出一种吸附效率高、能耗小、组装简单的 感应式离子交换膜复合多极电容吸附脱盐装置。
[0008] 本发明的改进之处是只有上下两个金属板连接电压，而中间的集电板不直接连接 电压；而两个金属板和紧邻的两个集电板间有绝缘膜，这样金属板可以连接很大的电压，而 相邻两个集电板间会出现感应电压，而这个感应电压不至于太大，不会出现电解的现象，对 于感应电压的可以由公式1-1计算得出，通过万用表测量出的实际电压和由公式1-1计算 出的理论感应电压基本吻合；而实验中工作电流非常小，能耗也比较小；加入的阴、阳离子 交换膜对于离子具有选择透过性，大大提高离子的吸附效率和吸附量。
【主权项】
1. 一种感应式膜电吸附脱盐水处理模块，其特征在于：该离子交换膜复合多极电容吸 附脱盐装置的两端分别是下撑板（2)和上撑板（11)，紧挨着支撑板的是金属板（3)，紧挨着 金属板的是绝缘膜（4);中间是多个重复的单元，每个单元包括单元A和单元B;单元A为集 电板（5)、电极片（7)、阴离子交换膜（8)、隔网（9)依次紧密的排列，单元B为集电板（5)、 电极片⑵、阳离子交换膜（10)、隔网（9)依次紧密的排列，且单元A和单元B对称排列，即 两个集电板（5)在最外侧；最后把上下两个支撑板固定压紧组装好电容吸附脱盐水处理模 块，上下两个金属板与电源连接；上下支撑板上开有进液口（1)和出液口（12)，还有上下支 撑板之间设有的垫片（6)构成流道。
2. 根据权利要求1所述的膜电吸附脱盐水处理模块，其特征在于：所述金属板（3)为 不锈钢、钛板或铝板；集电板（5)为石墨纸、石墨板、碳纸、钛板或泡沫镍；电极片（7)为活 性炭、碳纳米管、石墨稀或炭气凝胶多孔材料。
3. 根据权利要求1所述的膜电吸附脱盐水处理模块，其特征在于：所述绝缘膜（4)为 聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂或聚苯乙烯树脂绝缘膜，其厚度为0. 1-lmm，介电常 数大于1. 0。
4. 根据权利要求1所述的膜电吸附脱盐水处理模块，其特征在于：所述垫片（6)为聚 四氟乙烯板、聚苯乙烯板或橡胶垫。
5. 根据权利要求1所述的膜电吸附脱盐水处理模块，其特征在于：所述阴离子交换膜 (8)为苯乙烯系树脂、聚苯醚系树脂或丙烯酸系树脂薄膜。
6. 根据权利要求1所述的膜电吸附脱盐水处理模块，其特征在于：所述阳离子交换膜 (10)为苯乙烯系树脂、丙烯酸系树脂、全氟磺酸系树脂、脲醛系树脂或环氧系树脂薄膜。
7. 根据权利要求1所述的膜电吸附脱盐水处理模块，其特征在于：所述隔网（9)为尼 龙网、锦纶网或网布。
8. 根据权利要求1所述的膜电吸附脱盐水处理模块，其特征在于：所述上下两个支撑 板为有机玻璃板、PVC板或ABS塑料板。
【专利摘要】一种感应式膜电吸附模块，属于海水淡化和污水、废水处理技术领域。该模块包括上下两个支撑板(2)和(11)，紧挨着支撑板的是金属板(3)，紧挨着金属板的是绝缘膜(4)，中间是集电极(5)、电极片(7)、隔网(9)依次交替紧密的排列，在电极片(7)上依次交替排列阴离子交换膜(8)、阳离子交换膜(10)，最后把上下两个支撑板固定压紧组装成电吸附脱盐水处理模块。本发明中，模块只有上下两个金属板与电源连接，可以连接较大的电压，形成较强电场，电场更加稳定均匀，电流减小，能耗减少；阴阳离子交换膜的加入，可以更有效率地选择性透过离子，提高吸附量。
【IPC分类】C02F1-469
【公开号】CN104817143
【申请号】CN201510159204
【发明人】孟庆函, 曹兵, 孟春雷
【申请人】北京化工大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月5日