一种去离子纯水处理装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种去离子纯水处理装置，有若干个方形的正极基板和若干个方形的负极基板间隔交错布置，每个正极基板和每个负极基板之间布置一个方形绝缘框体组件；每个绝缘框体组件均由绝缘框体、隔板、绝缘网、活性炭纤维层、阴离子交换膜及阳离子交换膜组成，正极基板与阴离子交换膜同侧，负极基板与阳离子交换膜同侧；在与隔板平行的绝缘框体1的一对侧边上的绝缘网处设有孔，一侧边上是进水孔，另一侧边上是出水孔，在每个隔板上均开有流水孔，所有相邻绝缘框体组件上的进水孔和出水孔依次连接；通过施加静电场，强制离子向带有相反电荷的电极迁移，使其被电极表面产生的双电层吸附并从溶液中去除，材料成本及运行费用低，去离子效率高。
【专利说明】一种去离子纯水处理装置
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理【技术领域】，涉及去离子纯水处理装置，是制备纯水的预处理装置或直接制备纯水装置。
【背景技术】
[0002]超纯水、纯水在微量及超微量分析、分子生物学实验、药物研发、细胞培养、环境分析、医学检验、精细化工、微电子等领域具有广泛的应用。超纯水及纯水的制备方法有蒸馏法、离子交换法、电渗析法及反渗透法等。其中蒸馏法耗能大逐渐不被采用；离子交换法需用大量酸碱去再生树脂使其恢复活力，所排放出来的废酸碱易污染环境；电渗析法由于在制水过程中浓水排放量大，水源消耗多，从节能用水的角度，这种方法也越来越不被优先采用；反渗透法操作方便，出水量大，无污染，近年来已被广泛使用，而反渗透技术易发生膜污染，且膜材料价格及运行费用高。因此，急需一种稳定、高效且成本较低的纯水制备工艺及装置。
[0003]电容去离子技术是一种新型节能的水处理技术，它利用大比表面积的导电材料通电，在正极表面吸附溶液中的负离子，在负电极吸附正离子，而使流过电极间的溶液淡化，当电极短路时吸附的离子脱离电极，随溶液排出。传统的电容去离子装置主要由成对的电极组成，如碳气凝胶、碳纳米管及活性炭纤维等；为了提高电极的去离子能力，可以在电极之间加离子交换膜。但传统的电容去离子装置装置体积大、电极材料利用率不高、效率低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为克服上述现有技术中的不足，提供一种小型化的高效去离子纯水处理装置。
[0005]本发明采用的技术方案是:具有正极基板和负极基板，有若干个方形的正极基板和若干个方形的负极基板间隔交错布置，每个正极基板和每个负极基板之间布置一个方形的绝缘框体组件；每个绝缘框体组件均由绝缘框体、隔板、绝缘网、活性炭纤维层、阴离子交换膜及阳离子交换膜组成，绝缘框体组件的最外部是方形的绝缘框体，几个与绝缘框体的一对侧边平行的隔板布置在绝缘框体内，将绝缘框体内部分隔成几个小框体，在每个小框体内均填充绝缘网、活性炭纤维层、阴离子交换膜及阳离子交换膜，绝缘网位于正中间，绝缘网的两侧面分别紧密贴合阴离子交换膜及阳离子交换膜，在阴离子交换膜及阳离子交换膜的另一侧面均紧密贴合一层活性炭纤维层；绝缘框体组件的两侧面分别与正极基板和负极基板紧密贴合，正极基板和负极基板紧固连接且正极基板与阴离子交换膜同侧，负极基板与阳离子交换膜同侧；所有的绝缘框体组件、正极基板、负极基板均相互平行；在与隔板平行的绝缘框体的一对侧边上的绝缘网处设有孔，一侧边上是进水孔，另一侧边上是出水孔，在每个隔板上均开有流水孔，所有相邻的绝缘框体组件上的进水孔和出水孔依次连接。
[0006]本发明通过施加静电场，强制离子向带有相反电荷的电极迁移，使其被电极表面产生的双电层吸附并从溶液中去除，从而达到去除离子的目的，具有的有益效果是:1.本发明装置材料成本及运行费用低，去离子效率高；
2.本发明装置运行过程中不消耗酸、碱、盐等化学药品，无污染，可自动连续运行；
3.本发明装置充分利用电极材料，有利于装置的小型化。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明:
图1是本发明所述去离子纯水处理装置的主视图；
图2是图1中单个绝缘框体组件15、单个正极基板13和单个负极基板14的组装结构主视图；
图3是图1中正极基板13或负极基板14的俯视图；
图4是图1中绝缘框体组件15的俯视图；
图5是图4的右视图；
图6是图4中A-A剖面图；
图7是图6中B-B剖面图。
[0008]图中:1.绝缘框体；2.隔板；3.绝缘网；4.阴离子交换膜；5.阳离子交换膜；6.活性炭纤维层；7.进水孔；8.流水孔；9.出水孔；10.安装孔；11.螺栓；12.螺母；13.正极基板；14.负极基板；15.绝缘框体组件。
【具体实施方式】
[0009]参见图1所示，本发明包括若干个绝缘框体组件15、若干个正极基板13和若干个负极基板14。所有的绝缘框体组件15、正极基板13、负极基板14均相互平行，并且正极基板13和负极基板14彼此间隔交错布置。在一个正极基板13和一个负极基板14之间布置一个绝缘框体组件15, —个绝缘框体组件15的一侧是一个正极基板13,另一侧是一个负极基板14。用螺栓11和螺母12在正极基板13和负极基板14的四周将正极基板13和负极基板14紧固连接，以夹紧绝缘框体组件15，使绝缘框体组件15的两侧面分别与正极基板13和负极基板14紧密贴合在一起。
[0010]由一个正极基板13、一个负极基板14和一个绝缘框体组件15通过螺栓11和螺母12固定连接后组成一个如图2所示的去离子单元。若干个去离子单元按正极基板13和负极基板14彼此间隔交错布置的要求叠加在一起，组成图1所示的本发明所述去离子装置。
[0011]参见图1、3所示，所有的正极基板13和负极基板14均为方形结构，材料为金属或合金，正极基板13和负极基板14的长宽尺寸大小相同，正极基板13和负极基板14的长和宽均对应地比绝缘框体I的长和宽大，在正极基板13和负极基板14的长宽四周都开有多个安装孔10，用于螺栓11和螺母12的固定安装，使正极基板13和负极基板14紧固连接。安装孔10的 孔径为6-8mm，相邻两个安装孔10之间的孔间距为20_25mm，安装孔10的孔中心与基板边缘之间的间距为6-8mm。正极基板13和负极基板14上的多个安装孔10在长、宽方向上各沿基板的长向、宽向中心线对称。
[0012]将正极基板13上的安装孔10沿基板周边采用阿拉伯数字从I开始进行依次编号，全部编上号，将负极基板14上的安装孔10也沿基板周边采用阿拉伯数字从I开始全部进行依次编号。正极基板13和负极基板14对应位置处的安装孔10的编号完全相同。若其中一个去离子单元中的正极基板13、绝缘框体组件15和负极基板14的固定连接采用编号是奇数的安装孔10，则与之相邻的两侧的去离子单元中的正极基板13和负极基板14的固定连接采用编号是偶数的安装孔10。
[0013]参见图1、4、5、6、7所示,所有的绝缘框体组件15均为方形结构,每个绝缘框体组件15均由绝缘框体1、隔板2、绝缘网3、活性炭纤维层6、阴离子交换膜4及阳离子交换膜5组成。绝缘框体组件15的最外部是方形的绝缘框体1，几个隔板2平行布置在绝缘框体I内，并且与绝缘框体I的一对侧边平行,将绝缘框体I内部分隔成几个小框体。小框体的个数为3~5个，小框体的截面可以是长方形或正方形。在每个小框体内均填充绝缘网3、活性炭纤维层6、阴离子交换膜4及阳离子交换膜5，其中，绝缘网3位于正中间，在绝缘网3的两侧面分别紧密贴合阴离子交换膜4及阳离子交换膜5，在阴离子交换膜4及阳离子交换膜5的另一侧面均紧密贴合一层活性炭纤维层6，形成叠加的组合层结构。绝缘网3、活性炭纤维层6的面积与小框体的面积相当，阴离子交换膜4和阳离子交换膜5边长比绝缘网3、活性炭纤维层6大，使阴离子交换膜4和阳离子交换膜5均能包住活性炭纤维层6的边缘，将组合层结构整体固定在小框体内侧面上。
[0014]绝缘框体组件15、正极基板13和负极基板14三者紧固时，使正极基板13与阴离子交换膜4在同一侧，而负极基板14与阳离子交换膜5在同一侧。
[0015]参见图7所示，在与隔板2平行的绝缘框体I的一对侧边上的绝缘网3处均开孔，一侧是进水孔7 (再参见图5)，另一侧是出水孔9。在每个隔板2上均开有通孔，作为流水孔8。进水孔7、流水孔8、绝缘网3、出水孔9四者相通，形成水流通道。其中，同一个绝缘框体组件15上的每相邻两个隔板2上的两个流水孔8靠近所在的小框体的对角处，尽量使这两个流水孔8之间的距离最大化。进水孔7与相邻的流水孔8也靠近所在的小框体的对角处，同样，出水孔9与相邻的流水孔8也靠近所在的小框体的对角处。
[0016]本发明使用时可水平放置，即将绝缘框体组件15、正极基板13和负极基板14都处于水平位置。将位于最外一侧的绝缘框体组件15上的进水孔7作为本发明装置的进水孔，将位于最外另一侧的绝缘框体组件15上的出水孔9作为本发明装置的出水孔，将其余的各个进水孔7和出水孔9用水管依次连接在一起，也就是将所有相邻的绝缘框体组件15上的进水孔7和出水孔9依次连接在一起。对本发明装置施加静电场，在静电场的作用下，流水经过各个进水孔7和各个流水孔8，强制其离子向带有相反电荷的电极迁移，阴离子向正极基板13移动，阳离子向负极基板14移动，使其被电极表面产生的双电层吸附并从溶液中去除，从而达到去除离子的目的。
[0017]以下提供本发明的一个实施例。
实施例
[0018]如图1所示，本发明由6个绝缘框体组件15、4个正极基板13和3个负极基板14用多个螺栓11和螺母12紧固连接成。如图4所示，绝缘框体I是用有机玻璃板或塑料板等绝缘材料做成的长方体结构，有机玻璃板的板厚度为1.5~3mm，做成的长方体的长宽比为3~5,高度为10~13mm。例如可米用长为360mm,宽为120mm,高度为IOmm的长方体结构。用两个隔板2将绝缘框体I内部分隔成3个小框体，隔板2也是有机玻璃板或塑料板等绝缘材料，隔板2的板厚为I~2 mm，隔板2高度与绝缘框体I高度相同。在每个小框体之间均填充有绝缘网3、活性炭纤维层6、阴离子交换膜4及阳离子交换膜5形成的叠加的组合层。绝缘网3、活性炭纤维层6的面积与小框体的面积相当，阴离子交换膜4和阳离子交换膜5边长比绝缘网3大4~6mm，以使阴离子交换膜4和阳离子交换膜5均能包住活性炭纤维层6的边缘。绝缘网3的水渗透流量为650mlinm，厚度为2~4mm。阴离子交换膜4厚度为115~135 μ m，选择渗透性大于90%，水
通量为4 × 10_5ml/(pa.m2.h)~8 × 10_5 ml -f(Pa.m2.h)，适宜的pH范围是2~10 ;阳离
子交换膜5厚度为125~145 μ m,选择渗透性大于93%，水通量8X 10_5 mU(.Pa.m1.h、~12 × 1O-5 m_.ml ,适宜的pH范围是4~12。活性炭纤维层6厚度为4~4.5mm,比表面积为1500~2000 m2 fg 0
[0019]参见图7，在绝缘框体I的一个宽边侧面上绝缘网3处开有进水孔7，进水孔7的孔径为4~6mm，进水孔7的中心距离绝缘框体1一侧长边的距离为8~12mm，在与绝缘框体1一个宽边侧面相邻的第一个隔板2上绝缘网3处开流水孔8，该流水孔8的孔径为4~6mm，该流水孔8的中心距离绝缘框体I另一侧长边的距离为8~12mm。然后在第二块隔板2上绝缘网3处开有孔径为4~6mm的流水孔8，该流水孔8的中心距绝缘框体I 一侧长边的距离为8~12mm。最后在绝缘框体I的另一个宽边侧面上的绝缘网3处开出水孔9，出水孔9的孔径为4~6mm，出水孔9的孔中心距绝缘框体I另一侧长边的距离为8~12mm。进水孔7与相邻的一个流水孔8、出水孔9与相邻的一个流水孔8、以及相邻两个隔板2上绝缘网3处的两个流水孔8分别靠近小框体的对角。
[0020]正极基板13和负极基板14的材料为金属或合金，两种基板的长、宽均比绝缘框体1的长、宽大12~15mm,两种基板的周边开有多个安装孔10,安装孔10的孔径为6~8mm,每两个安装孔10之间的孔间距为20~25mm,安装孔10的中心距离基板的边缘为6~8mm。由一个正极基板13、一个负极基板14和一个绝缘框体组件15通过螺栓11和螺母12固定连接后组成一个如图2所示的去离子单元，图1中，由6个去离子单元叠加在一起组成，但在叠加时，需按正极基板13和负极基板14彼此间隔交错布置的要求叠加。
[0021]如图1所示，正极基板13、绝缘框体组件15和负极基板14采用编号是奇数的安装孔10组装，组装后水平放置。在负极基板14上加绝缘框体组件15，其中绝缘框体组件15的阳离子交换膜5在负极基板14 一侧；在绝缘框体组件15上加正极基板13，并通过螺栓11、螺母12采用偶数安装孔紧固。在正极基板13上加绝缘框体组件15，其中绝缘框体组件15的阴离子交换膜4在正极基板13 —侧；在绝缘框体组件15上加负极基板14，并通过螺栓11、螺母12采用奇数安装孔10紧固。重复以上操作即可得到所述的含6个去离子单元的高效去离子纯水处理装置。
[0022]使用时，水平放置，即所有的基板都处于水平位置。将图1中最下面的去离子单元作为第一个单元，第一个单元上面的去离子单元为第二个单元，依次类推。使用时，采用水管将第一个单元的出水孔9与第二个单元的进水孔7连接，将第二个单元的出水孔9与第三个单元的进水孔7连接，如此重复，直到将所有的进水孔7和出水孔9连接。将第一个单元的进水孔7作为本发明高效去离子纯水处理装置的进水孔，将最后一个单元的出水孔9作为高效去离子纯水处理装置的出水孔。本发明高效去离子纯水处理装置在外加1-2V电压的条件下获得电场，在静电场的作用下，自来水先经过最下面的第一个去离子单元，强制离子向带有相反电荷的电极迁移，去除离子，然后再向上进入第二个去离子单元去除离子，如此重复，最后，处理后的出水从最上面的最后一个去离子单元的出水孔9排出。从第一个去离子单元的进水孔进入的是电导率为252 /JSfcm的自来水，经处理后，最后一个去离子单元的出水孔的出水电导率能达到65 f^lcm左右,自来水中离子得到大幅度的去除。本发明可以根 据进水水质和出水电导率的要求确定去离子单元的个数，需去除的电导率越多，所需去离子单元的数量就越多。
【权利要求】
1.一种去离子纯水处理装置，具有正极基板(13)和负极基板(14)，其特征是:有若干个方形的正极基板(13)和若干个方形的负极基板(14)间隔交错布置，每个正极基板(13)和每个负极基板(14)之间布置一个方形的绝缘框体组件(15);每个绝缘框体组件(15)均由绝缘框体(1)、隔板(2)、绝缘网(3)、活性炭纤维层(6)、阴离子交换膜(4)及阳离子交换膜(5)组成，绝缘框体组件(15)的最外部是方形的绝缘框体(1)，几个与绝缘框体(1)的一对侧边平行的隔板(2)布置在绝缘框体(1)内，将绝缘框体(1)内部分隔成几个小框体，在每个小框体内均填充绝缘网(3)、活性炭纤维层(6)、阴离子交换膜(4)及阳离子交换膜(5)，绝缘网(3)位于正中间，绝缘网(3)的两侧面分别紧密贴合阴离子交换膜(4)及阳离子交换膜(5)，在阴离子交换膜(4)及阳离子交换膜(5)的另一侧面均紧密贴合一层活性炭纤维层(6);绝缘框体组件(15)的两侧面分别与正极基板(13)和负极基板(14)紧密贴合，正极基板(13)和负极基板(14)紧固连接且正极基板(13)与阴离子交换膜(4)同侧，负极基板(14)与阳离子交换膜(5)同侧；所有的绝缘框体组件(15)、正极基板(13)、负极基板(14)均相互平行；在与隔板(2)平行的绝缘框体(1)的一对侧边上的绝缘网(3)处设有孔，一侧边上是进水孔(7)，另一侧边上是出水孔(9)，在每个隔板(2)上均开有流水孔(8)，所有相邻的绝缘框体组件(15)上的进水孔(7)和出水孔(9)依次连接。
2.根据权利要求1所述一种去离子纯水处理装置，其特征是:同一个绝缘框体组件(15)上的相邻两个隔板(2)上的两个流水孔(8)靠近所在的小框体的对角处，进水孔(7)与相邻的流水孔(8)靠近所在的小框体的对角处，出水孔(9)与相邻的流水孔(8)靠近所在的小框体的对角处。
3.根据权利要求1所述一种去离子纯水处理装置，其特征是:正极基板(13)和负极基板(14)的长宽四周都开有多个用于正极基板(13)和负极基板(14)紧固连接的安装孔(10)，正极基板(13)和负极基板(14)上的安装孔(10)均从I开始全部依次编号，正极基板(13)和负极基板(14)对应位置处的安装孔(10)的编号完全相同，其中一个正极基板(13)、负极基板(14)的固定连接采用编号是奇数的安装孔(10)，则与之相邻的两侧的正极基板(13)、负极基板(14)的固定连接采用编号是偶数的安装孔(10)。
4.根据权利要求1所述一种去离子纯水处理装置，其特征是:绝缘网(3)、活性炭纤维层(6)的面积与小框体的面积相当，阴离子交换膜(4)和阳离子交换膜(5)边长比绝缘网(3)、活性炭纤维层(6)大，阴离子交换膜(4)和阳离子交换膜(5)均包住活性炭纤维层(6)的边缘。
5.根据权利要求1所述一种去离子纯水处理装置，其特征是:正极基板(13)和负极基板(14)的长宽尺寸相同，正极基板(13)和负极基板(14)的长和宽均对应地比绝缘框体(1)的长和宽大。
6.根据权利要求1所述一种去离子纯水处理装置，其特征是:绝缘网(3)的水渗透流量为650 ml it mi，厚度为2~4mm ;阴离子交换膜(4)厚度为115~135μπι，选 择渗透性大于90%，水通量为4 X 10_5 m! ^Ρα —.A)~8 X 10_5 ml f(Pa 'm2.幻，阳离子交换膜(5)厚度为125~145口!11，选择渗透性大于93%，水通量8\10-5#^/@3'.2~UXioLiMpi51.h、,活性炭纤维层(6)厚度为4~4.5mm,比表面积为1500~.2000 m2 / g。
7.根据权利要求1所述一种去离子纯水处理装置，其特征是:进水孔(7)、流水孔(8)、出水孔(9)的孔径均为4~6mm，各个孔的中心距离绝缘框体(1)长边的距离为8~12mm。
【文档编号】C02F1/469GK103880124SQ201410110071
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】杜彦生, 黄勇强, 赵如金, 王铁丁, 尼古拉斯P怀特, 杨雨, 朱艳, 祝菲菲, 刘腾, 史凯 申请人:江苏大学, 宁波奥普斯机械制造有限公司