一种利用流动电极提取钾离子的方法、装置及应用与流程

本申请涉及钾离子分离提取，特别是一种利用流动电极提取钾离子的方法、装置及应用。

背景技术：

1、钾作为一种资源较为丰富的元素，在肥料、油漆颜料、玻璃、制药、皮革等领域均具有广泛应用。目前盐湖卤水中钾的提取工艺主要有溶剂萃取法、化学沉淀法、蒸发结晶法、膜分离法和离子交换法等。其中，离子交换法从经济和环境方面考虑比其他方法有较大的优势，尤其在低品味的海水卤水中更具有明显优势。

2、然而，离子交换法的关键是制备性能优良的离子交换材料，但是目前所提出的离子交换法均存在离子交换和吸附材料吸附效率低，吸附容量小的问题，且后续分离难度大，需要采用再生、强蒸等高能耗、高成本的复杂工艺，制备效率低、周期长、成本高、易造成环境污染，不适用于大规模生产。例如，在采用斜发沸石作为钾离子交换材料时，需要采用铵盐、氯化钠溶液、卤水等在高温下进行解吸附，能耗大，不适用于大规模应用；而其他方法也存在生产周期长、能耗高、效率低、容易造成环境污染等问题。

3、因此，亟待寻求一种可以大规模进行钾离子提取的方法，以提高生产效率、降低成本和能耗，减少环境污染。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种利用流动电极提取钾离子的方法、装置及应用，用以解决相关技术中钾离子提取存在的生产周期长、能耗高、效率低、容易造成环境污染等的问题。

2、第一方面，提供一种钾离子提取方法，包括：

3、制备复合材料流动浆料，复合材料流动浆料包括：钾离子吸附材料、导电材料与用于分散钾离子吸附材料和导电材料的分散溶剂；

4、将复合材料流动浆料作为流动电极液，采用流动电极电容去离子装置对富钾离子溶液中的钾离子进行吸附和解吸附处理，提取钾离子。

5、可选的，钾离子吸附材料包括：活性炭、斜发沸石、改性斜发沸石和锰系钾离子筛中的一种或多种。

6、可选的，导电材料包括：石墨粉和炭黑中的一种或多种。

7、可选的，复合材料流动浆料的固含量为20wt％～50wt％。

8、第二方面，提供一种利用流动电极提取钾离子的装置，该装置为流动电极电容去离子装置，该装置包括：

9、流动电极液，流动电极液包括：钾离子吸附材料、导电材料与用于分散钾离子吸附材料和导电材料的分散溶剂。

10、可选的，装置还包括：吸附用电解池；

11、吸附用电解池包括：第一电解池本体，以及设置于第一电解池本体中的第一阳离子膜和第一阴离子膜；

12、其中，第一阳离子膜和第一阴离子膜将第一电解池本体分隔成第一阳极室、第一阴极室和用于盛放富钾离子溶液的第一腔室，第一腔室位于第一阳极室和第一阴极室之间，且第一阳离子膜间隔第一阴极室和第一腔室，第一阴离子膜间隔第一阳极室和第一腔室；

13、第一阳极室和第一阴极室中均设置有集流体，第一阴极室的集流体上设置有供流动电极液流通的第一流道，第一流道至少包括：在第一阴极室的集流体上呈上下贯通状的多个第一子流道，且每个第一子流道沿竖直方向延伸。

14、可选的，第一流道包括：设置在第一阴极室的集流体表面的凹槽；和/或，

15、设置在第一阴极室的集流体上的通孔。

16、可选的，第一阴极室的集流体的材料为石墨和/或金属材料。

17、可选的，吸附用电解池还包括：流动电极液的入口和出口；

18、流动电极液的入口设置于第一阴极室的底面上，流动电极液的出口位于第一阴极室的顶面上或者靠近顶面的侧壁上。

19、可选的，装置还包括：解吸附用电解池；

20、解吸附用电解池包括：第二电解池本体，以及设置于第二电解池本体中的第二阳离子膜和第二阴离子膜；

21、其中，第二阳离子膜和所述第二阴离子膜将第二电解池本体分隔成第二阳极室、第二阴极室和用于盛放解吸附液的第二腔室，第二腔室位于第二阳极室和第二阴极室之间，且第二阳离子膜间隔第二阳极室和第二腔室，第二阴离子膜间隔第二阴极室和第二腔室；

22、其中，第一阴极室和第二阳极室之间相连通，第一阳极室和第二阴极室之间相连通，解吸附液包括：任意一种或多种阳离子。

23、可选的，解吸附液包括：钠盐、钾盐、锂盐和铵盐溶液中的一种或多种。

24、可选的，第二阳极室和第二阴极室中均设置有集流体，第二阳极室的集流体上设置有供流动电极液流通的第二流道，第二流道至少包括：在第二阳极室的集流体上呈上下贯通状的多个第二子流道，且每个所述第二子流道沿竖直方向延伸。

25、可选的，第一阴极室和第二阳极室连通的管道，以及第一阳极室和第二阴极室联通的管道上均设置有蠕动泵。

26、第三方面，提供一种如第二方面所述的装置在海水或卤水提取钾中的应用。

27、与现有技术相比较，本申请具有如下有益效果：

28、通过采用流动电极电容去离子装置对钾离子进行提取，在此过程中，通过采用包含钾离子吸附材料和导电材料的复合材料流动浆料作为阴极材料的流动电极液，在静电作用下，富钾离子溶液中的钾离子跨过阳离子膜向流动电极液中迁移，并在流动电极液中的钾离子吸附材料的吸附作用下，与集流体或导电材料之间形成双电层被储存起来，实现对钾离子进行吸附。而后，在将吸附有钾离子的流动电极液输送到另一个电解池中时，通过施加相反的电场，即可使被吸附的钾离子从阴极材料中解吸附出来，从而实现对钾离子进行提取。在此过程中，一方面仅通过加电的方式即可确保对钾离子选择性吸附，清洁、无环境污染，工艺简单，不会引入高能耗和高浓度的反应液(如相关技术中解吸附所采用的高浓度的酸液等)，并能够轻松实现解吸附。另一方面通过对钾离子吸附材料进行选择，可以提高钾离子吸附选择性，提高吸附效率和吸附强度，而仅通过加电即可实现解吸附，可以实现钾离子吸附材料的循环利用，使用寿命长，成本低廉。再一方面，在钾离子吸附材料为固体材料时，钾离子可以保存在固体材料中，便于储存和运输，应用前景良好。另外，该方法工艺简单，能够实现大规模提取钾。由此可见，本申请实施例解决了相关技术中钾离子提取存在的生产周期长、能耗高、效率低、容易造成环境污染等的问题。

技术特征：

1.一种钾离子提取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.一种利用流动电极提取钾离子的装置，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：吸附用电解池；

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述吸附用电解池还包括：所述流动电极液的入口和出口；

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：解吸附用电解池；

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

10.一种如权利要求4～9任一项所述的装置在海水或卤水提取钾中的应用。

技术总结
本申请涉及钾离子分离提取技术领域，特别是一种利用流动电极提取钾离子的方法、装置及应用。以解决相关技术中钾离子提取存在的生产周期长、能耗高、效率低、容易造成环境污染等的问题。一种钾离子提取方法，包括：制备复合材料流动浆料，复合材料流动浆料包括：钾离子吸附材料、导电材料与用于分散钾离子吸附材料和导电材料的分散溶剂；将复合材料流动浆料作为流动电极液，采用流动电极电容去离子装置对富钾离子溶液中的钾离子进行吸附和解吸附处理，提取钾离子。

技术研发人员：王磊,王琎,范哲远,黄丹曦,王兵
受保护的技术使用者：西安金藏膜环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12