用于生产酸和碱的电化学设备的制作方法

专利名称:用于生产酸和碱的电化学设备的制作方法
技术领域：
本发明一般性涉及电化学技术，特别是涉及用于生产酸和碱的电化学设备和方法。
背景技术：
能够通过一个外加的电场来移除液流中不需要的离子物种，以此来处理液流的设 备是众所周知。这些由电力驱动的分离装置包括但不限于电渗析和电去电离设备，它们通 常用来生产纯化水，例如去离子(DI)水。
在这些设备中，浓缩和稀释隔室由离子选择性膜分隔。电去电离设备一般包括交 替的电活性半透性阴离子和阳离子交换膜。膜之间的空间配置成为具有进口和出口的液流 隔室。该隔室一般包括吸附介质例如离子交换树脂，以便于离子的迁移。通过电极外加的 电场导致溶解的离子，这些离子被它们各自的反电极所吸引，由此通过阴离子和阳离子交 换膜实现迁移。通常的结果是稀释隔室中的液体损耗离子，浓缩隔室中的液体富集迁移来 的离子。一般地，稀释隔室中的液体是需要的(“产物”液体)，而浓缩隔室中的液体是废弃 的(“舍弃”液体)。

发明内容
本发明一般性涉及用于生产酸和碱的电化学设备和方法。
按照本发明的一个或多个方面，一种电化学设备可包括至少部分被第一阴离子选 择性膜和第二阴离子选择性膜所界定的第一浓缩隔室，至少部分被所述的第二阴离子选择 性膜和阳离子选择性膜所界定的电解隔室，以及至少部分被所述的阳离子选择性膜和第三 阴离子选择性膜所界定的第二浓缩隔室。
按照本发明的一个或多个方面，一种电化学设备可包括至少部分被一个第一阳离 子选择性膜和一个第二阳离子选择性膜所界定的第一浓缩隔室，至少部分被所述的第二阳 离子选择性膜和一个阴离子选择性膜所界定的第二浓缩隔室，以及至少部分被所述的阴离 子选择性膜和一个第三阳离子选择性膜所界定的电解隔室。
按照本发明的一个或多个实施方案，一种操作电化学设备的方法可包括向所述的 电化学设备的第一浓缩隔室引入阳离子物种和阴离子物种，向所述的电化学设备的第二浓 缩隔室和淡化隔室中引入去离子水，在所述淡化室中电解去离子水，以及在所述的第一浓 缩隔室的出口回收酸流。
还有其他方面、实施方案、以及这些示例性方面和实施方案的优点，以下将详细讨 论。此外，可以理解，前述的信息以及随后的详细说明都仅仅是本发明不同方面和实施方案 的示例性的例子，是为了提供一种概述或一种框架用以理解所要求保护的方面和实施方案 的本质和特性。所包含的附图提供了不同方面和实施方案的图示和更进一步的理解，附图 包含在、且构成了本说明书的一部分。附图与本说明书的剩余部分一起，用于解释所描述的 和所要求保护的方面和实施方案的原理和操作。

[0011]下面参考附图，讨论至少一个实施方案的不同方面。在未按比例绘制的图中，出现 在不同附图中的每个相同的或几乎相同的部件用相同的数字表示。出于清楚的目的，可能 并未在每张附图中标记出每个部件。提供的图是用于图示和解释的目的，不是为了限定本 发明的范围。图中
图1图示了一种根据本发明一个或多个实施方案的电化学设备；
图2图示了一种根据本发明一个或多个实施方案的电化学设备；
图3图示了一种根据本发明一个或多个实施方案的电化学设备；
图4A-4E图示了在附随的实施例中所讨论的不同的系统管道工程配置；
图5A和5B提供在附随的实施例中所讨论的测试条件和结果的表格汇总；
图6A-6E描述了在附随的实施例中所讨论的电去电离模块的功率图；以及
图7A和7B描述了在附随的实施例中所讨论的与电流效应相关的数据。
具体实施方式
一个或多个实施方案通常涉及电化学设备和方法。这些设备和方法可以有效生产 酸和/或碱流。这里所描述的原位产生技术可以实施在广泛的不同种类应用中，其中要求 使用酸或碱，但是不需要相关的存储和/或处理。实施方案也可以用于从具有一个或多个 其他组分的混合物中回收和纯化酸或碱。所公开的设备和方法的实施方案可以进一步用于 改变工艺流的PH值。因此，可能需要较小的pH校正，例如通过化学添加，来实现任何所需 的中和或PH调整。至少一个实施方案不使用双极膜可以有效生产酸和/或碱。有益地，某 些实施方案可以用来生产足够浓度和品质的反应物流，以传递到上游或下游应用。
应当理解，这里所讨论的系统和方法的实施方案在应用中不限于陈述在随后说明 书或图示在附图中的部件的结构和配置的细节。该系统和方法能够实施在其他的实施方案 中，且能够以不同的方式实践或实现。这里所提供的具体实施例只是用作说明性的目的，并 不是为了限制。特别地，与任何一个或多个实施方案相关而讨论的动作、元件以及特征不是 为了排斥任何其他实施方案中的相似的角色。而且，这里所使用的措词和术语是为了描述 的目的，不应该被认为是限制。这里所使用的“包括”、“包含”、“有”、“含有”、“涉及”以及这 些的变体意思都是涵盖此后所列的事项、它们的同等物以及额外的事项。
根据一个或多个实施方案的设备和方法通常可以用来由离子物种生产酸和/或 碱流。在至少一些实施方案中，设备和方法可以浓缩酸和/或碱来作为产品。在一些实施 方案中，设备和方法通常可以涉及电分离技术。设备和方法可以用来从混合物中分离或纯 化酸和/或碱流。设备和方法也可以用来调整工艺流的PH值。一些实施方案也涉及制造 方法、改进方法和这些方法、系统和设备的使用。电化学设备可以以任何适合的能够获得所 需要的产品和/或实现所需要的处理的方式运行。例如，本发明的不同的实施方案能够连 续地、或基本上连续地、间歇地、周期性地、或者甚至依据要求进行操作。电分离设备可以与 一个或多个其他单元、组件、和/或部件一起运行。辅助的部件和/或子系统可以包括管、 泵、槽、传感器、控制系统、以及配合的让系统运行的电源和分配子系统。
电化学设备，例如电去电离设备，通常能够分离一个或多个液体组分，例如溶解和 /或悬浮其中的离子，这通过使用电场来影响和/或引发传送或以其他方式提供在该液体 中所溶解和/或悬浮的物种的移动性，由此至少部分实现从该液体中的分离或移除所述物种来实现。对于特定方面，液体中的一个或多个物种可被视为“目标”物种。
根据一个或多个实施方案，以及这里所更详细讨论的，可以将工艺流引入到电化 学设备的至少一个隔室中。该工艺流可以含有一种或多种目标物种或目标离子。该目标物 种可以是酸或碱产物的前体。该工艺流可以是酸或碱前体的来源。该前体可以包括通常存 在于该工艺流中的一种或多种离子。在至少一些实施方案中，这些离子可以在该工艺流中 被离解。在一些实施方案中，该工艺流通常可以包括盐溶液。也可以将例如纯化水或去离 子水的水源引入到该电化学设备的至少一个隔室中。在一些实施方案中，也可以将水供应 到一个或多个隔室中，这些隔室不同于工艺流所供应的那些隔室。在另外一些实施方案中， 可以将它们供应到一个或多个相同的隔室中。施加的电场可以促进水离解成氢或水合氢离 子，以及羟基离子。所施加的电场也可以促进一种或多种离子在该电化学设备中的迁移。 氢、羟基和/或前体离子可以迁移。离子迁移可以穿过该电化学设备的一个或多个离子选 择性膜。例如根据离子的电荷或性质，可以在一个或多个隔室中对其进行浓缩或将其捕获。 例如，酸性产物可以变得集中在一个隔室中，且碱性产物变得集中在另一个隔室中。该电化 学设备中的不同离子选择性膜的取向和性质可以影响其中的迁移，以及不同隔室中可形成 的产物的类型。产生的产物流可以通过与不同隔室相联的出口，例如酸性溶液出口和/或 碱液出口，从该电化学设备中排出。
根据一个或多个实施方案，酸或碱的生产系统可以包括一个或多个电化学设备。 电分离设备或电驱动的分离装置的非限制性的例子包括电渗析和电去电离设备。术语“电 去电离”取其现有技术中所使用的常规定义。在这些示例性的设备中，一般由具有选择性 渗透能力的介质，例如阴离子选择性或阳离子选择性膜，分隔浓缩和稀释隔室。在这些设备 中，所施加的电场引起能够离子化的物种即溶解的离子迁移通过选择性可渗透介质，即阴 离子选择性和阳离子选择性膜，导致稀释隔室中的液体中的离子被消耗，浓缩隔室中的液 体富集了迁移、转移的离子。电去电离设备可以包括固体“介质”(例如，电活性介质或吸 附介质，例如离子交换介质)，其存在于该设备中的一个或多个隔室中。该电活性介质一般 提供了在离子选择性膜之间的离子转移途径，和/或用作增加传导性的桥梁，以便于离子 在该设备的隔室中移动。该介质通常能够收集或释放离子性的和/或其他物种，例如，通过 吸附脱附机制。该介质可以运送永久和/或暂时电荷，以及能够在某些情况下运行，以易于 所设计的用来实现或增进该电化学设备的性能的电化学反应，例如分离、化学吸附、物理吸 附、和/或分离效率。根据本发明的一些实施方案，可以使用的介质的例子包括，但不限于， 例如颗粒、纤维和膜形式的离子交换介质。这样的材料在现有技术中是公知的，很容易商购 到。以上所提到的形式的任何组合可以使用在本发明的任何一个或多个不同的实施方案 中。在一些实施方案中，该电化学设备可以包括一个或多个电去电离单元。在至少一个实 施方案中，该电化学设备可以基本上由一个或多个电去电离单元组成。
根据一个或多个实施方案，可以向该电化学设备的一个或多个隔室中供应工艺 流。该工艺流可以包括一个或多个目标物种。目标物种通常可以是溶解和/或悬浮在工艺 流体(一般是液体)中的任意物种，其需要被除掉或由第一溶液转移到另一溶液，一般是利 用电分离设备进行转移。利用电分离设备期望移除或在溶液之间转移的目标物种的例子 可以包括在该设备的运行环境中的特定的离子物种、有机分子、弱离子化的物质、和可离子 化的物质。根据本发明的一些方面，需要移除或转移的目标离子物种可以是一种或多种离
5子，其能够从溶液中沉淀，和/或能够在溶液中与其他物种和/或离子反应形成能够从溶液 中沉淀的盐和/或其他化合物。目标离子物种的非限制性的例子能够包括Ca2+、Mg2+、Si4+、 CU2+、Al3+、Fe3+、Mn2+、Pb3+、Pb4+、S042-、Si042-和HC03_，以及这些中任何两种或多种的组合。在 一些实施方案中，在该电化学设备的运行条件下，该目标物种可以是不可沉淀的物种或可 溶性物种，通常是指可以是不容易从溶液中沉淀、或者在溶液中与其他物种和/或离子不 容易反应形成能够沉淀的盐和/或其他化合物的离子组分的物种。例如，不可沉淀的物种 的非排它的名单包括离子Na+、Cr、K+和H+。在一些可选的实施方案中，目标物种可以包括 钙、碳酸盐和硫酸盐。
可用根据本发明的一个或多个实施方式的设备和方法处理含有一种或多种目标 离子的工艺流。如此处所讨论的，需要将一种或多种目标离子隔离和转化。例如，可以通过 该设备和方法来操控工艺流中的目标离子以形成有价值的或其他需要的产品流。在一些实 施方案中，该设备和方法可以隔离目标离子并用它们来形成或生产目标化合物。因此，存在 于工艺流中的目标离子可以是目标化合物的前体。在一些实施方式中，目标离子可以是所 需的酸或碱产物的前体。在至少一个实施方案中，工艺流可以是水溶液，例如盐溶液。该盐 溶液，或其离子，可以是所需要的酸或碱产物的前体。在一些实施方案中，目标离子通常可 以在该工艺流中被离解。根据一个或多个实施方案，该工艺流可以提供离子物种的来源，例 如第一阳离子物种和第一阴离子物种。该第一阳离子物种和/或该第一阴离子物种可以分 别是产物酸或产物碱的前体，或反之亦然。
根据一个或多个实施方案，可能需要生产酸和碱目标化合物。酸和/或碱可以是 该电化学设备和方法的产物。可以通过该电化学装置和方法产生酸和/或碱产物流。在至 少一个实施方案中，可以通过该电化学设备和方法来浓缩酸和/或碱产物。在一些实施方 案中，要产生的目标化合物可以是苛性化合物，例如氢氧化钠或硫酸铵。在其他的实施方案 中，要产生的目标化合物可以是酸，例如盐酸。由一种或多种目标离子可以生成任何酸或碱 的产物流。供应到该电化学设备的工艺流中的目标离子可以根据所需要的产物流来选择。
本发明的设备和方法通常可以产生一个或多个含有一个或多个目标化合物的产 物流。所产生的目标化合物然后可以被供应到该电化学设备的上游或下游来使用。在一些 实施方案中，由于消耗品或反应物的上游消耗，目标离子可以存在于工艺流中作为反应物 副产品。在一些实施方案中，要作为产物产生的目标化合物可以是产生工艺流中的目标离 子的原始的消耗品或反应物。
根据一个或多个实施方案，可以从源头或进入点将要处理的水溶液引入到电去电 离设备中。可将管道用作流动连接工艺流源到一个或多个电去电离设备的一个或多个隔室 的歧管。工艺流体的来源一般可以流动连接到至少一个淡化隔室和/或至少一个浓缩隔 室。该水溶液可以是包含前述所讨论的至少一种可溶性阳离子物种和/或至少一种可溶性 阴离子物种的盐溶液。设备的更进一步的实施方案还包括具有第二溶液源的配置，即另一 个水溶液(一般该水溶液的组成不同于第一来源的水溶液)的第二来源。该第二来源能够 提供，例如，含有第二阳离子物种和第二阴离子物种的盐溶液。与第一来源相比，该第二来 源可以流动连接到相同的或不同的隔室。当然，这些配置的变体可预期包括，例如，诸多的 溶液来源。但是，在本发明特别的实施方案期望的配置中，一种或多种水溶液含有可溶性或 者甚至不沉淀的物种。例如，一些实施方案涉及例如包含钠和氯离子的盐溶液的来源。[0030]根据一个或多个实施方案，已处理或去离子(DI)的水源可以与该电化学设备的 一个或多个隔室流动连接。该已处理或DI水通常可以有利于酸和/或碱产物的产生。该 已处理或DI水可以为酸或碱生产提供氢、水合氢离子或羟基离子的来源。因为电解DI水 具有高的电阻率，本领域技术人员不可能将DI水引入到电渗析设备中。已处理或DI水通 常可以被供应到不同于那些工艺流供入的隔室的一个或多个隔室中。在另一些实施方案 中，它们也可以加入到一个或多个相同的隔室中。在一些实施方案中，通过该电化学设备， 该已处理的或DI水可以被解离成氢或水合氢离子以及羟基离子，以利于酸和碱的产生。在 一些实施方案中，施加在该电去电离设备中的电场产生了极化现象，其通常促进水解离成 水合氢离子和羟基离子。根据一个或多个实施方案，DI水的这种水分解可以提供第二阴离 子和第二阳离子的来源。该电化学设备可以促进离子的迁移，使得该第二阴离子和该第二 阳离子可以分别与第一阳离子和第一阴离子联合，从该工艺流产生如这里所讨论的一个或 多个所需要的产物流。例如，该工艺流中的阳离子前体离子可以与来自该DI水的阴离子配 成对，以产生第一产物流。该工艺流中的阴离子前体离子可以与来自该DI水的阳离子配成 对，以产生第二产物流。
能够通过任何来源来提供该已处理或DI水。在一些情况中，该已处理或DI水能 够通过电驱动装置或其他来源来提供。该已处理或DI水不限于自制的水。该已处理或DI 水的外部来源也可以使用，或者能够使用该第二阴离子和第二阳离子的其他来源，例如水 合氢离子和羟基物种。所供应的水的纯度可取决于多种因素，例如，指定的应用或要生产产 品的所需品质。在某些情况下，使用的纯化的或DI的水的电阻率超过约0. 1兆欧姆-cm，超 过约1兆欧姆_cm，超过约3兆欧姆-cm，超过约6兆欧姆-cm，起过约9兆欧姆-cm，超过约 12兆欧姆_cm，超过约15兆欧姆-cm，或至少约18兆欧姆-cm。
根据一个或多个特别的方面，本发明涉及在所施加外力的影响下，引发离子化物 种组分从第一流体到第二流体迁移的方法、系统和设备，该离子化物种为诸如矿物、盐、离 子和有机物。例如离子可以迁移到或从供应的工艺流迁移到所供应的DI水，来生产一个或 多个产物流。在一些方面，可能需要的是稀释隔室中的液体，即产物，而浓缩隔室中的液体 可能作为废弃物被丢弃。但是，本发明预期应用的一些方面针对回收液流中特别是水性流 中离子化的或者甚至可离子化的物种。例如，酸性和或碱性流可以作为产物流被回收。酸 和/或碱可以由一种或多种前体目标离子来生产。一个或多个这样的物种可以被回收，例 如，重新用于上游单元运行中或者用于下游单元操作。因此，如此处进一步所讨论的，在一 些方面，可能期望将一个或多个浓缩隔室中的液体作为产物。
本发明的一些实施方案是有关例如处理系统的，其可以利用一个或多个预处理步 骤来减少进入的液体中的能够引起例如生锈或结垢的物种的浓度。因此，针对本发明的该 系统和技术的实施方案可以涉及一个或多个预软化单元操作或步骤。因此，一些预处理系 统和技术可以针对减少形成水垢的可能性。针对这个方面的实施方案能够依赖于例如涉及 相关物种的硬度的物理化学特性的考虑。可以相应地预处理工艺流和/或DI水流。在进 入点和电去电离设备之间可以有任何数量的操作或配水网，其可以对液体进行操作。可以 包括，例如，一个或多个单元操作，诸如那些包括反渗透、过滤(例如微孔过滤或纳滤)、沉 积、活性炭过滤、电渗析或电去电离设备的单元操作。在一些实施方案中，供应给电化学设 备的液流可以来自于产生液体和/或对液体产生作用的单元操作，例如，但不限于，用于超滤、纳滤、沉积、蒸馏、增湿、反渗透、透析、萃取、化学反应、热和/或质量交换的单元操作。 在特定的实施方案中，液体可以来源于储存器例如储藏罐、槽或存贮池，或者来源于天然水 体或人造水体。
在涉及针对电化学分离技术的方面的一个或多个实施方案中，电驱动分离设备可 以包括一个或多个淡化室和一个或多个浓缩隔室。就类型和/或引入到其中的流体的组 成而言，隔室或槽通常可以在功能上是不同的。但是，结构上的差异也可以区分不同的隔 室。在一些实施方案中，设备可以包括一个或多个类型的淡化室或一个或多个类型的浓缩 隔室。任何给定的隔室的性质，例如其为浓缩隔室还是淡化室，通常可以通过界定隔室的膜 的类型以及供应到隔室的进料的类型来确定。相邻隔室的性质可以互相影响。在一些实施 方案中，隔室可以是电解隔室。例如，淡化室可以当作电解隔室。在一些实施方案中，浓缩 隔室也可以当作电解隔室。在一些实施方案中，水的分解通常可以在电解隔室中发生。电 解隔室可以是水的分解槽。其它的离子相互作用也可以在电解隔室中发生。
离子选择性膜一般在相邻的隔室之间形成边界。因此，一个或多个隔室可以至少 部分被一个或多个离子选择性膜所界定。在电化学设备中，许多的隔室一般被布置成层叠 的形式。淡化室一般地由淡化室空间所界定，浓缩隔室一般由浓缩隔室的空间所界定。组装 的层叠堆一般在每一端被端块所界定，且一般使用可用螺母固定的拉杆来组装。在特定的 实施方案中，该隔室包括阳离子选择性膜和阴离子选择性膜，其一般外围被封闭成空间的 两边的周边。该阳离子选择性膜和阴离子选择性膜一般包含离子交换粉末、聚乙烯粉末粘 合剂和甘油润滑剂。在一些实施方案中，该阳离子和阴离子选择性膜是异质膜。这些可以是 聚烯烃基的膜或其他类型。它们一般通过热塑性的方法挤压、利用热压来产生复合板。在 一些实施方案中，可以使用同质膜，例如那些可从日本的TokuyamaSoda商购到的。一个或 多个离子选择性渗透膜可以是任何离子选择性膜、中性膜、专有尺寸的(size-exclusive) 膜、或者甚至是一种专门对于一种或多种特定的离子或离子类是不可渗透的膜。在一些情 况下，电驱动装置中使用的是交错设置的阳离子和阴离子选择性膜。离子选择性膜可以是 任何合适膜，其相对于另一离子能够优先让至少一种离子通过。
在一个实施方案中，许多的淡化室和浓缩隔室被一个或多个离子选择性膜“c”和 “a”所界定、分隔或至少部分限定。在一些实施方案中，离子选择性膜a和c被布置成由相 对于阴离子优先允许阳离子通过的阳离子选择性膜(指定为“c”)；和相对于阳离子优先允 许阴离子通过的阴离子选择性膜(指定为“a”)交替的系列。在其他优选的实施方案中，可 以使用例如“ccac”或“aaca”的布置，如下面将更详细讨论的。相邻的隔室可以看作是离 子能在其之间交流，例如通过邻接的离子选择性膜。远端的隔室也可以看作是用作离子交 流的，例如通过其之间的额外的隔室。
根据一个或多个实施方案，参见附图1，电化学设备100可以包括至少部分被第一 阴离子选择性膜110和第二阴离子选择性膜115所界定的第一浓缩隔室105。设备100可 以进一步包括至少部分被第二阴离子选择性膜115和阳离子选择性膜125所界定的电解隔 室120。设备100更可以进一步包括至少部分被该阳离子选择性膜125和第三阴离子选择 性膜135所界定的第二浓缩隔室130。
根据一个或多个实施方案，参见附图2，电化学设备200可以包括至少部分被第一 阳离子选择性膜210和第二阳离子选择性膜215所界定的第一浓缩隔室205。设备200可以进一步包括至少部分被该第二阳离子选择性膜215和阴离子选择性膜225所界定的第二 浓缩隔室220。设备200可以更进一步包括至少部分被该阴离子选择性膜225和第三阳离 子选择性膜235所界定的电解隔室230。
在设备100或200中，该第一浓缩、电解和第二浓缩隔室可以形成组或套。设备 100或200可具有多重或多个这样的组或套。在一些实施方案中，设备100或200可以基本 上由至少一个第一浓缩隔室、至少一个电解隔室和至少一个第二浓缩隔室组成。
在一些实施方案中，离子物种的来源可以与一个或多个浓缩隔室或电解隔室流动 连接。在至少一个实施方案中，离子物种的来源可以与第一浓缩隔室流动连接。在一些实 施方案中，纯化或DI水的来源可以与一个或多个浓缩隔室或电解隔室流动连接。在至少一 个实施方案中，纯化或DI水的来源可以与第二浓缩隔室以及电解隔室流动连接。可以实现 其他进料的配置。
在至少一个实施方案中，可以并入一个或多个双极膜来至少部分界定一个或多个 隔室。双极膜通常一面为阴离子膜，且另一面为阳离子膜。双极膜通常对水的分解是高效 的。在一些实施方案中，双极膜能够用来代替水分解槽。在一些实施方案中，一个或多个双 极膜可以连同一个或多个阴离子和/或阳离子选择性膜一起使用。根据一个或多个实施方 案，电化学设备可以包括交替的双极膜和阴离子选择性膜系列。同样地，根据一个或多个 实施方案，电化学设备可以包括交替的双极膜和阳离子选择性膜系列。那些普通的本领域 的技术人员应当认识到，根据本发明的某些特定方面，也能够使用选择性膜的其他类型和/ 或布置。在至少一个实施方案中，电化学设备不包括双极膜。
根据一个或多个实施方案，参见附图3，电化学设备300可以包括至少部分被第一 双极膜310和第一阳离子选择性膜315所界定的第一浓缩隔室305。设备300可以进一步 包括至少部分被该第一阳离子选择性膜315和第二双极膜325所界定的淡化室320。设备 可以进一步包括至少部分被该第二双极膜325和第二阳离子选择性膜335所界定的第二浓 缩隔室330。双极膜和阳离子选择性膜的组合可以根据设备300的要求重复任何需要的倍 数。
在一些实施方案中，离子物种的来源可以与一个或多个浓缩隔室或电解隔室流动 连接。在至少一个实施方案中，离子物种的来源可以与第一浓缩隔室和第二浓缩隔室流动 连接。在一些实施方案中，纯化或DI水的来源可以与一个或多个电解或淡化室流动连接。 在至少一个实施方案中，纯化或DI水的来源可以与电解隔室流动连接。在一些实施方案 中，双极膜可以至少部分限定碱浓缩或聚集隔室在它的一边，以及酸浓缩或聚集隔室在它 的另一边。可以实现其他进料的配置。
根据一个或多个实施方案，电驱动分离设备的一般配置包括至少一个电极对，通 过该电极对施加的作用力(诸如电场)能够促使一个或多个离子化的或可离子化的物种的 传送或迁移。因此，该设备包括至少一个阳极和至少一个阴极。该电极可以彼此独立地由 任何适于在该设备中产生电场的材料制成。在一些情况下，该电极材料能够被选择以便于 能够例如在持续的时间段里使用该电极，而不会产生重大的腐蚀或降解。现有技术中公知 这些合适的电极材料和配置。电化学设备中的电极通常可以包括由例如不锈钢或钛等材料 制成的基底或核。该电极可以涂覆各种材料，例如氧化铱、氧化钌、钼族金属、钼族金属氧化 物、或这些物质的结合或混合物。该电极一般促进矿和0H—离子的形成。这些离子，连同在
9不同进料中的离子一起，由通过电化学设备的电势来传送。离子流与施加在模块中的电流有关。
一些实施方案涉及处理或转化一个或多个水溶液或工艺流，以提供例如一个或多 个产物流。产物流可以被生产、隔离、聚集或浓缩。一个或多个涉及处理水溶液的实施方案 可涉及纯化该水溶液以从中移除一个或多个不需要的物种。因此，产物流可以是一种纯化 的流。本发明的其他实施方案能够有利地提供由一个或多个来源的结合而形成的产物。因 此，产物流，例如酸或碱流，可以通过该电化学设备，由供应其中的一个或多个前体产生。一 个或多个技术实施方案包括提供要通过从中移除或迁移一种或多种物种而加工的一个或 多个水溶液。要被移除的或迁移的该一个或多个物种可以是存在于进料流中的一种或多种 阳离子和/或一种或多种阴离子物种。该技术能够进一步包括将含有例如第一阳离子和相 关联的第一阴离子的水溶液引入到一个或多个电分离装置例如这里所讨论的电驱动设备 的任何配置的隔室中。能够诱导或促使一个或多个目标物种从该水溶液中迁移到该隔离或 分离装置的一个或多个浓缩隔室中。本发明进一步的实施方案可以涉及促使一个或多个其 他目标物种例如相关联的物种传送或迁移到该设备的一个或多个淡化室中。更进一步的实 施方案可以涉及促进一个或多个额外的物种迁移到该设备的腔室的不同隔室中。
同样地，第二水性进料，例如含有DI水或由DI水组成的进料，可以被提供到该电 分离设备的一个或多个隔室中。该DI水可以包括第二阳离子和相关联的第二阴离子。也 可以诱导或促进这些迁移到该设备的一个或多个浓缩或淡化室中。该第一阴离子可以与该 第二阳离子联合来形成产物流。同样地，该第一阳离子可以与该第二阴离子联合来形成产 物流。
实际上在一些情况下，实施方案可以包括含有一个或多个将水溶液引入到电驱动 设备的第一隔室中的步骤的方法，该水溶液包括第一阳离子和第一阴离子。该方法能够进 一步包括一个或多个在该设备的第二隔室里提供第二阳离子和第二阴离子的步骤，以及一 个或多个促进所述设备中的离子传送的步骤。例如，本发明的该技术因此能够提供浓缩或 累积在第一隔室中的含有该第一阳离子和该第二阴离子的第一产物溶液。本发明任选的实 施方案可涉及一个或多个促进含有该第一阴离子和该第二阳离子的第二产物溶液在第二 隔室中的浓缩或累积的步骤。第一产物流，例如碱，可以在第一浓缩隔室的出口处收集。第 二产物流，例如酸，可以在第二浓缩隔室的出口处收集。
例如，该DI水能够电解来制造氢物种和氢氧化物物种。在提供和传送或迁移足够 数量的这种物种的情况下，可使第一浓缩或产物隔室成为碱性，从而使得其中含有的或流 动的液体具有超过约7个pH单位的pH值。同样地，可使第二浓缩或产物隔室成为酸性，从 而使得其中含有的或流动的液体具有低于约7个pH单位的pH值。也可以迁移来自供应的 工艺流的目标或前体离子。因此，本发明的一些实施方案提供了酸流的生产和/或碱流的 生产。可以根据需要丢弃或回收其一或两者。
根据一个或多个实施方案，回收产物流可以涉及促进离子物种传送到浓缩隔室 中。碱性产物流可以聚集到碱性浓缩或产物隔室中。酸性产物流可以聚集到酸性浓缩或产 物隔室中。在一些实施方案中，生产、隔离或回收酸流可以涉及促使阴离子物种传送通过阴 离子选择性膜。在一些实施方案中，生产、隔离或回收碱性流可以涉及促使阳离子物种传送 通过阳离子选择性膜。[0050]在下游使用、上游使用或处理之前，可以进一步加工产物流。例如，可以调整产物 酸或产物碱流的PH值。可以中和产物流。在一些实施方案中，可能需要部分地或全部地搅 拌一个或多个产物流。一个或多个额外的单元操作可以与该电化学单元的下游流动连接。 例如，可以配置浓缩器来接收和浓缩目标产物流，例如在将它传递到使用点之前。也可以在 使用或排放前，用抛光单元，例如那些涉及化学或生物处理的单元，来处理该设备的产物或 流出流。
根据一个或多个实施方案，可以通过电极对隔室施加电场来运行该电化学设备。 可以改变该设备的工作参数来提供需要的特性。例如，所施加的电场可以响应于一个或多 个特征或条件而改变。因此，响应于装置参数的特征该电场强度可以保持恒定或变化。实 际上，响应于一个或多个传感器测量结果，例如PH、电阻率、离子或其它物种的浓度，一个或 多个工作参数可以发生变化。
通过电极所施加的电场有利于带电荷物种例如离子通过离子选择性膜从一个隔 室迁移到另一个隔室。在一些实施方案的操作中，浓缩液体离开浓缩隔室，并可直接被导到 出口，例如通过管道。在包含一个或多个第二浓缩隔室的实施方案中，从中流出的液体可以 根据需要被收集或引导。流出淡化室的液体也可以被收集和引导。
根据一个或多个实施方案，该电分离设备的一个或多个隔室能够充满诸如吸附介 质的介质，例如离子交换介质。在一些实施方案中，该离子交换介质可包括树脂例如阳离子 交换树脂，即优先吸附阳离子的树脂，或阴离子交换树脂，即优选吸附阴离子的树脂，惰性 树脂，以及它们的混合物。也可以采用多种配置。例如，一个或多个隔室也可以只用一种类 型的树脂充满，例如，用阳离子树脂或阴离子树脂；在其他情况下，该隔室可以充满超过一 种类型的树脂，例如两种类型的阳离子树脂、两种类型的阴离子树脂、阳离子树脂和阴离子 树脂。可以使用在本发明的一个或多个实施方案中的可商购的介质的非限制性的例子包 括可从道尔化学公司(The Dow Chemical Company)商购的强酸和I型强碱树脂、II型强 碱阴离子树脂、和弱酸或弱碱树脂。
一般使用在淡化室和浓缩隔室中的离子交换树脂能够在它们的表面区域具有各 种功能团，其包括但不限于，叔烷基氨基基团和二甲基乙醇胺。这些也能与在其表面区域 具有其他官能团例如铵基团的离子交换树脂材料结合使用。可以用做离子交换树脂材料 的其他改性物和等价物也被认为是在本领域熟练技术人员仅仅使用常规实验的范围之内。 离子交换树脂的其他的例子包括，但不限于，DOWEX M0N0SPHERE 550A阴离子树脂、 M0N0SPHERE 650C阳离子树脂、MARATHON A阴离子树脂、和MARATHON C阳离子树脂， 这些都可以从道尔化学公司(米德兰，密歇根州)(The Dow Chemical Company (Midland, Michigan))买到。代表性的合适的离子选择性膜包括同质类型的网所支撑的具有磺酸或季 铵官能团的苯乙烯-二乙烯苯基树脂、同质类型的网所支撑的在聚偏二氟乙烯粘结剂中的 苯乙烯-二乙烯苯基树脂、同质型未支撑的磺化苯乙烯和季铵化乙烯基苄胺的聚乙烯板接 枝物。
根据一个或多个实施方案，阳离子交换或阴离子交换树脂可以在每个淡化室和浓 缩隔室中以各种配置进行布置。例如，该阳离子交换和阴离子交换树脂能够布置成层状，以 便构建多层的变化配置。其他实施方案或配置被认为也在本发明的范围内，其包括，例如， 在任何淡化室、浓缩和电极隔室中使用混合床离子交换树脂，在阴离子和阳离子交换树脂层床之间使用惰性树脂，和使用各种类型的阴离子和阳离子树脂。该树脂通常可以有效促 进水在一个或多个隔室中的分解。该树脂也可以有效增加一个或多个隔室中的电传导性。
该隔室中所含有的介质可以以任何合适的形状或构造存在，例如，以基本上为 球形的和/或其他形状的离散的微粒、粉末、纤维、垫、膜、挤压网(extrudedscreens)、簇 (clusters)、和/或预成型的微粒聚集体，例如树脂微粒可以和粘结剂混合以形成微粒簇。 在一些情况下，该介质可以包括多种形状或构造。依赖于特定的应用，该介质可包含任何适 合于从液体中吸附离子、有机物和/或其他物种的材料，例如，硅石、沸石、和/或可商购到 的多种多样的聚合物离子交换介质的任何一种或混合物，本领域技术人员熟知该材料的性 质和对特定应用的适用性。其他材料和/或介质可以额外存在于该隔室中，其例如在将被 处理的液体中能够催化反应或过滤悬浮的固体。
进一步地，该隔室中可存在多种配置或布置。因此，本发明的该分离系统的一个 或多个隔室可以涉及额外的组件和/或结构例如，但不限于，挡板、网筛、板、加强筋、带、网 板、管、碳颗粒、碳滤器，在某些情况下其可以用来容纳离子交换介质，和/或控制液流。组 件每个均可以含有相同类型和/或数量的各种组件，和/或是相同的配置；或者可以具有不 同的组件和/或结构/配置。
运行时，一般具有溶解的可以是所需酸和/或碱产物的前体的阳离子和阴离子组 分的工艺流被引入到一个或多个隔室中。DI水(水合氢离子和羟基离子的来源)也被引入 到一个或多个隔室中。所施加的穿过电去电离设备的电场促使离子物种朝着它们各自的吸 引电极的方向迁移。在电场的影响下，阳离子和阴离子组分离开一个隔室并迁移到另一个 隔室。离子选择性膜可以阻隔阳离子和阴离子物种向下一个隔室的迁移。因此，在该电化 学设备中，至少部分地通过一个或个多离子物种的结合所产生的一个或多个产物可以在该 设备的一个或多个隔室中进行浓缩。产物流可以通过与不同隔室相连的出口流出。淡化流 也可以通过隔室出口流出。
该设备中，电场可以基本上垂直施加到液流上。该电场可以通过该隔室基本上均 勻地施加，使得基本上均勻的、基本上恒定的电场穿过该隔室；或者在一些情况下，该电场 可以非均勻施加，产生穿过该隔室的非均勻的电场密度；在本发明的一些实施方案中，在运 行期间可使电极的极性得到逆转，从而逆转该设备中的电场的方向。
在一些实施方案中，设备和方法涉及用于调整或调节该系统的设备或组件的至少 一个工作参数的控制器，例如但不限于启动阀和泵、以及用于调整电流或施加的电场的控 制器。控制器可以与至少一个配置成检测该系统的至少一个运行参数的传感器电子通信。 该控制器通常可以配置成能产生控制信号以对传感器所产生的信号作出反应来调整一个 或多个运行参数。该控制器一般是以微处理器为基础的设备，例如可编程逻辑控制器(PLC) 或分布式控制系统，其接收或发出输入和输出信号到达和来自该设备或该设备运行其中的 系统的组件。通信网络可以允许任何传感器或信号发生设备设置在距离该控制器或相关联 的计算机系统的有效距离里，同时仍能在其间提供数据。这样的通信机制可以使用包括但 不限于那些利用无线网络通讯规程(wireless protocols)的任何合适的技术来实现。
根据一个或多个实施方案，设备和方法可以实现制造酸或碱产物。可以按照需要 生产该酸或碱产物。可以原位生产该酸或碱产物，例如在可以不需要化学品的存储或处理 的应用中，例如船载或在远程设备上。可以根据下游的需要诸如使用处的要求来生产酸或碱。使用点可以是任意类型的应用。在一些实施方案中，下游的要求可以涉及化学操作、制 造操作或处理操作。在至少一个实施方案中，电化学设备可以是较大的综合系统例如含有 一个或多个上游和/或下游操作的综合系统的一部分。在一些实施方案中，酸或碱产物可 以用来再生离子交换床。在其他的实施方案中，酸或碱产物可以用作催化剂。在一些实施 方案中，酸或碱产物可用作前体或反应物来生产其他化学品。生产的产物也可以在多种应 用中用作清洁剂或者用来制备诸如肥皂的清洁剂。酸或碱产物可以用于任何可能需要PH 调整的情况。例如，可以利用所产生的产物流在排放前处理多种废物流。产物酸和碱流可 以用在很多工业上。例如，发现生产的产物可以应用在纸浆和造纸工业。产物流也可以用 在半导体工业，例如在化学机械抛光(CMP)和蚀刻工艺中。酸和碱产物也可以用于塑料、建 筑材料例如石膏、化肥和染料的制造。由该设备和方法的一个或多个实施方案所生产的酸 或碱产物可以用于多种其他的应用。
可以根据下游的要求，一般通过使用一个或多个这里所描述的控制器来对一个或 多个工艺流的浓度和/或流速进行操控。例如，可以根据需求的增加，可相应增加该电化学 设备的产量。供应到电化学设备的工艺流中的一种或多种前体离子的浓度也可以增加。也 可以调整含有一种或多种前体离子的工艺流的流速。相同地，可以根据产物要求的改变而 操控供应氢和羟基离子的DI水的流速。如果同时要求酸和碱，那么可以回收两种产物流。 如果只要求一种产物流，那么另一种产物流就丢弃。可以根据要制造的具体产物流来选择 和/或调整供应到电化学设备的工艺流的类型和/或其中的前体离子的类型。
应当理解，本发明的系统和方法可以与多种多样的其中需要处理一种或多种液体 的系统联合使用。因此，本领域普通技术人员可以根据用于特定工艺的需要，改进该电分离 设备，而不脱离本发明的范围。
由随后的非限制性的实施例，可以更充分的理解这些以及其他的实施方案的功能 和优点。实施例实际上只是为了示例性的说明，而不被认为是限制这里所讨论的实施方案 的范围。
实施例
使用西门子C-系列(Siemens C-Series)连续电去电离(CEDI)模块的标准和修订 版本来实施实验室测试。评估工作的目标是测定用于从无机盐的合成混合物制造NaOH产 物流的CEDI工艺的效能，测定所能生产的NaOH产物的最大浓度-目的是达到18g/L NaOH, 和评估相对于购买商用NaOH的花费的该应用的经济性。在3个测试阶段对测试进行报告。
I.试验设计
A.测试 1-13
在来自西门子公司(Siemens Corporation)的C_系列CEDI模块中实施试验 1-13。组件如下所述
铝端板-阴极端板。 阴极_涂覆氧化铱的钛。
用来制造S型池的网板。
标为“c”的阳离子膜。
型池，其使用塑料框架，充满60/40% v/v的阳离子和阴离子树脂的混合物。该 池的横截面剖面(垂直于电流)由3个平行的腔室组成。两个外面的腔室是14”X 1.3125”，中间的腔室是14” X 1. 25”。该池的总横截面面积约54. 25"2 (350cm2)。
标为“a”的阴离子膜。
2型池，其也充满60/40% v/v的阳离子树脂混合物(使用与1型池中相同的框 架，但其被倒置以导向不同的管道或管汇系统)。
标为“c”的阳离子膜。
型池。
标为“c”的阳离子膜。
1 型池。
标为“a”的阴离子膜。
型池。
标为“c”的阳离子膜。
型池。
阳极_涂覆氧化铱的钛。
铝端板-阳极端板。
每个池都有三个进料管道选配件中的一个和三个排出管道选配件中的一个
型池通过管道引入盐水和排放处理过的盐水。这些池中产生H2、02和C02气体， 因此这些气体也随着该流被排出。
-1型池通过管道引入DI水和排放DI水。所供应的该DI水的电阻率大于或等于 约16兆欧姆-cm。
2型池通过管道引入DI水和排放NaOH产物。在一些情况下，2型池的进料是代 替纯的DI水的循环的NaOH产物。
代表池布置的记号是-S12S12S+。代表膜布置的记号是-caccac+。在一些测试中， 极性是相反的，在该情况下，模块变成了+S21S21S-。对三个不同的管道工程配置进行评估， 分别显示在附图4A-4C中。
由DC电源和电源控制器向模块供应电源。电源控制器对供应到模块的电流强度 进行调节。控制器显示了电压和电流强度。通过将负极(黑色的)线连接到阴极接头上， 以及将正极(红色的)线连接到阳极接头上来完成布线。电气系统能够传送不超过8或9 安培的电力。这些电线是18规格的，且在运行片刻后接触该电线将感到电线变暖。
通过转子流量计来监测进料的流速，使用汽缸和秒表来监测流出物的流速。未监 测PH值、气体形成速率以及气体组分。所形成的气体随着盐水的再循环返回到进料槽，并 通过在进料槽附近设置通风软管来排放。
B.测试 14-17
用于这些试验的管道工程配置显示在附图4D中。装备相似于前面所描述的，但区 别如下
使用更大的电源和电缆。该电源连接到220VAC 30A的出口。使用8规格的配 线，这些电线在所有试验过程中接触都保持是冷的。不像之前的电源，这个电源输送恒定的 电压，且监测结果的安培数。
使用能够负担高电流服务的新的电极。该电极板具有重的钛终端接头，且被钼涂覆。[0098] 池之一使用同质膜，而不是传统的来自IonPure (Siemens Corp.)的异质膜。
C.测试 50-57
用图4E中所示的管道工程配置来实施测试50-57。该装配相似于上面早前所描述 的，但区别如下
使用新的电极板，其具有钛网孔电极板和内置的盐水流端口。
在早前的试验中，不能独立控制流向阳极、阴极和中间网板池的盐水。为了确定 没有池被绕过，通过独立地控制这些流中的每一个流入到它们各自的池中，对于测试50-57 对模块进行改进。
相对于流体流动对角地布置盐水池中的网板的编排，而不是平行地和垂直地。这 样做是为了将锁住在该网板中的可疑蒸气最小化。
II.测试步骤的说明
对于每一个实验的运转，首先将进料槽充满盐水。打开DI水流，并用转子流量计 的针形阀调整流量。然后打开总电源，它开动了泵。使用各种控制阀来调整流速和系统背 压。使DC电源控制器通电，并调整到不同试验的电流强度或电压。使用可从Myron L Co 商购的ULTRAMETER 6P II电导计来测量和记录进料以及每个流出物的传导率和温度。让 系统稳定几分钟。利用电导计来测定稳定性。记录电流强度和电压，并采集进料、产物NaOH 和产物盐水的样本。对于一些测试的运转，要在一个时间段中收集多个样本。通过关闭电 源和停止新鲜的DI水流来关闭该模块。
在盐水中以气泡的形式产生了 H2和02气。通过排放盐水回路到通风橱中来缓和 着火和爆炸的危险。在该试验工作中，没有收集到氏爆炸下限(LEL)的测量结果。
对于试验3-13，用HACH滴定法#8203来分析进料和产物样本。用滴定来测量 NaOH、Na2C03和NaHC03的含量。用HACH方法#8051通过测光法来测量Na2S04的浓度。
对于试验14-57，用 Myron L Co 的 ULTRAMETER 来监测 pH 值。用 Metohm785DMP Titrino自动滴定器通过滴定来监测NaOH、Na2C03和NaHC03的浓度。
当完成试验57时，用ISI ABT WB-6扫描电子显微镜来分析CEDI膜。
III.进料说明
进料组成是
55g/L Na2S04
3. lg/L Na2C03
35g/L NaHC03
用来备制进料的所有的化学品都是从密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich购买 的试剂级别的化合物。DI水用作溶剂。试验11和12使用比以上所列的浓度高的进料，其 通过双倍盐剂量并从混合槽中滗析(decanting)饱和的上清液来备制。试验13使用1/4 浓度的进料。使用80g/L的Na2C03溶液来实施试验50-57。
在大部分的情况下，使进料再循环通过CEDI模块，并返回到进料槽。因此进料钠 的浓度不恒定。
IV.测试结果
测试条件和结果的总结表分别显示在附图5A和5B所示的表1和2中。测试持续 时间是记录参数和收集样品的时间范围，其通常是1 5min。在这些步骤的结尾记录所报
15告的试验日的时间。
电流效率是用来将钠离子传送到产物NaOH流中的电流强度的分数。由法拉第定 律(Faraday’ s law)计算电流效率，利用以下方程式

电流效率=FZNanNa/An2
其中，力Wa是产物NaOH流中钠的摩尔流率(摩尔Na/秒)；A是电流(安培)；F是 法拉第常数(96485库仑/摩尔)；n2是CEDI中2型池的数量(在该情况下，为2) ；ZNa是钠 离子的电荷，其是+1。
在一些操作中，记录电源图来监测作为电压函数的安培数。这些图显示在附图 6A-6E中。在持续运行期间，根据以下表3所报告的的额定条件来记录电源图
试验工作结束时，拆卸模块。用SEM 分析膜之一。 该膜分隔阴极池中的盐水和树脂床池中的DI水。[0125]V.测试结果说明
CEDI工艺生产NaOH的效力。
所有试验都显示了 CEDI工艺能够从盐水中提取和聚集钠离子，并产生NaOH流。产 物流中的NaOH浓度是0. 14 8g/LNa0H。在一些测试运行期间，产物NaOH中有些污染物， 要么是碳酸盐、硫酸盐，要么是两者。产物流中的NaOH的纯度是30 100%纯。污染物的 来源可能是由于膜的渗漏，要么是来自毁坏要么是来自多孔性。
增加的电流强度的影响
测试3、4和5是运行在同样条件下的同样的试验，但是随着每个试验增加电流。 产物流中的获得的Na的百分含量和Na的浓度随着电流的增加而增大。流出物的温度也增 加。随着电流的增加电流效率降低。降低的电流效率导致了电力的无效使用，并导致了温 度的增加。
结果以图的形式显示在图7A和7B中。
在测试14-57期间，高电流运行，可以观察到随着时间，高电流强度导致了性能损 耗。这显示在图6A-6E中，其显示了在高电压下，电流的动态行为。图6C显示了在单元开 始运转时，电流强度最初随时间增加。这是由于产物池中NaOH的形成，其增加了传导性，因 此在固定电压下电流强度也增加。在约13 50，电流达到了最大值11安培。这之后，电流 稳定下降。
对于特定的可疑池，随后在独立控制的流量和压力能力下运行系统，这是为了减 少或消除潜在的蒸气锁闭，其中所形成的氏、02和0)2气体可以以固定气泡形式被收集。为 了从Na+排出中减少或消除0)2气体产物，也可用碳酸钠来代替作为进料。随着时间的流 逝，可以观察到电流的减少。
苛性流率的影响
以相似的进料和电流强度进行试验11和12。在这些试验中，通过2型池回收NaOH 产物流。通过小的净化气流从系统中排出产物NaOH，其用DI水(即进料和排放)补充。这 样，穿过池的流保持高的流率，但是增加全部的停留时间以制造较高浓度的产物的较小的 流动流。
试验12具有较高的产物排出速率，因此具有较短的苛性碱保留时间。这些试验其 他都相同。较短的保留时间引起了较弱的NaOH产物流，但是Na的回收％为试验11的4倍， 且电流效率也更高。这些结果意味着更长的苛性碱停留时间能够增加产物的浓度，但是可 能减少Na的总回收率以及电流效率。这可能是由于苛性碱流的高渗透压抵抗了传送更多 的Na+离子，且可以通过使用更高的施加电流来克服。
盐水浓度的影响
测试13在与测试12相似的条件下进行，但是具有更低浓度(Na+浓度)的进料盐 水。在仔细控制的不同池间压力下运行试验13，目的是最小化池/池的泄漏。试验13也同 时在从2型池中的较低的产物排出速率条件下进行，其中在进行该试验之前预期较低的电 流效率和钠回收。令人惊奇地，与试验12相比，该试验显示了更好的电流效率和较高的钠 回收％。看来使用较弱浓度的进料盐水能够加强钠的回收。
树脂影响
测试7运行在与测试测试4相似的条件下。测试4中将树脂填充在CEDI中间的
18进料池，而在测试7中，该中间池填有网板。测试7的进料是较高浓度的进料，其对结果也 有影响，使检查变得困难，因为两个参数是不同的。基于测试13的分析，预期较高浓度的进 料盐水会产生较低的电流效率，但是在测试7与测试4的比较中，电流效率令人惊奇地几乎 一样。这意味着用网板代替树脂不会减小该工艺的效率。在盐水池中使用网板来进行所有 随后的测试。
膜的讨论
在测试14-16中使用同质膜。这些测试的产物具有最高的污染程度。不清楚这是 否是由于多孔性/扩散，或者是否是膜中具有裂缝。
增加盐水流率的影响
测试8和12是相似的测试。测试8用比测试12高的盐水和苛性碱流率进行。测 试8的电流效率比测试12高，产物苛性碱浓度是相似的。这些结果可表明较高流率的盐水 增加了效率。
废气讨论
该过程在盐水循环线路中产生废气。没有测量该废气的形成速率和组成。通过肉 眼检查，在回流管中有可观的气流，其增加了电流强度。该气体主要含有形成在电极上的氢 和氧。进料中含有NaHC03但不含有Na2C03的测试中也产生了 C02气体。
扫描电子显微镜(SEM)结果
在这个评价中，测试了很多不同的池盒。完成最后一个测试后，切开该最后一个池 盒，并保留膜样本。使DI水池和阳离子池分离的该阳离子膜被干燥、溅射金并放置在SEM 中用来分析。盐水侧的图像显示了看起来是树脂微粒的物质悬浮在聚乙烯板基质中。因为 干燥过程中微粒收缩，因此预期洞比微粒大，在用于SEM的样本的备制中这是必须的。DI水 侧显示了相似的情况，但是看来板基质是不同的且可表明毁坏。
DI水的讨论
在测试17-57期间，观测到DI水的调整产生了影响。在恒定条件下，增加DI水的 流速减小了电流(图6B)。相似地，增加DI的相对压力引起了电流的减小。与此相关，在一 些情况下，可观察到增加盐水压力或流量会增加电流(图6E)。电流的减小可能是由于在 溶液中和在树脂床中，水的分解反应产生了 H+和0H_离子。这可以增加传导性，而在较高的 DI水流率下这些离子被洗脱，减少了传导性。做为选择，或者在水分解的协力下，来自盐水 和苛性碱池的离子可以渗漏过膜进入到DI水池中，其增加了传导性。相似地，增加DI水流 量可以更快的洗脱这些离子。增加相对的DI水压力通常减小了泄露率。但是不可能简单 地发现泄露，因为到发现的时候，DI水已经流出了，通过CEDI过程移除污染物离子。
VI.结果
用于从氧化的废苛性碱中以NaOH形式回收Na+的CEDI的效能已经被证实。通过 使用循环可获得较高的回收率，例如10% Na。为了以合意的流率生产高浓度苛性碱，可能 需要高的电流强度。
由此已经描述了至少一个实施方案的几个方面，应当理解，对于本领域技术人员 来说，将容易地作出各种各样的改变、修正以及改进。这样的改变、修正以及改进也是该公 开的一部分，且在本发明的范围内。相应地，前面的说明和附图只是当作例子，本发明的范 围应当由所附的权利要求
的恰当的结构以及它们的同等物来确定。
权利要求
用于生产酸和碱的电化学设备，其特征在于包括至少部分被第一阴离子选择性膜和第二阴离子选择性膜所界定的第一浓缩隔室；至少部分被所述的第二阴离子选择性膜和阳离子选择性膜所界定的电解隔室；以及至少部分被所述的阳离子选择性膜和第三阴离子选择性膜所界定的第二浓缩隔室。
2.根据权利要求
1所述的设备，进一步包括与所述的电解隔室以及所述的第二浓缩隔 室流动连接的去离子水源。
3.根据权利要求
2所述的设备，进一步包括与所述的第一浓缩隔室流动连接的离子物 种源。
4.根据权利要求
3所述的设备，其中所述的离子物种源包括盐溶液。
5.根据权利要求
4所述的设备，其中所述的盐溶液包括酸或碱前体。
6.根据权利要求
1所述的设备，其中所述的第一浓缩隔室、第二浓缩隔室以及电解隔 室中的至少一个包含离子交换介质。
7.根据权利要求
6所述的设备，其中所述的离子交换介质包括混合树脂床、阳离子树 脂床或阴离子树脂床。
8.根据权利要求
1所述的设备，进一步包括酸性溶液出口。
9.根据权利要求
8所述的设备，进一步包括碱性溶液出口。
10.用于生产酸和碱的电化学设备，其特征在于包括至少部分被第一阳离子选择性膜和第二阳离子选择性膜所界定的第一浓缩隔室； 至少部分被所述的第二阳离子选择性膜和阴离子选择性膜所界定的第二浓缩隔室；以及至少部分被所述的阴离子选择性膜和第三阳离子选择性膜所界定的电解隔室。
11.根据权利要求
10所述的设备，进一步包括与所述的电解隔室以及所述的第二浓缩 隔室流动连接的去离子水源。
12.根据权利要求
11所述的设备，进一步包括与所述的第一浓缩隔室流动连接的离子 物种源。
13.根据权利要求
12所述的设备，其中所述的离子物种源包括盐溶液。
14.根据权利要求
13所述的设备，其中所述的盐溶液包括酸或碱前体。
15.根据权利要求
10所述的设备，其中所述的第一浓缩隔室、第二浓缩隔室以及电解 隔室中的至少一个包含离子交换介质。
16.根据权利要求
15所述的设备，其中所述的离子交换介质包括混合树脂床、阳离子 树脂床或阴离子树脂床。
17.根据权利要求
10所述的设备，进一步包括酸性溶液出口。
18.根据权利要求
17所述的设备，进一步包括碱性溶液出口。
专利摘要
本实用新型提供一种用于生产酸和碱的电化学设备，其特征在于包括至少部分被第一阴离子选择性膜和第二阴离子选择性膜所界定的第一浓缩隔室、至少部分被所述的第二阴离子选择性膜和阳离子选择性膜所界定的电解隔室以及至少部分被所述的阳离子选择性膜和第三阴离子选择性膜所界定的第二浓缩隔室。本实用新型还提供一种用于生产酸和碱的电化学设备，其特征在于包括至少部分被第一阳离子选择性膜和第二阳离子选择性膜所界定的第一浓缩隔室、至少部分被所述的第二阳离子选择性膜和阴离子选择性膜所界定的第二浓缩隔室以及至少部分被所述的阴离子选择性膜和第三阳离子选择性膜所界定的电解隔室。
文档编号C25B9/00GKCN201605329SQ200890000034
公开日2010年10月13日 申请日期2008年3月13日
发明者E·弗里迪纳, J·D·吉福德 申请人:西门子水处理技术公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan