专利名称：同步交变电磁场式液体离子泵的制作方法
技术领域：
本发明为一种将液体电解质溶液的溶剂溶质分离方法。
背景技术：
电解质溶液的溶剂溶质分离在许多领域中都需要，如海水淡化、污水处理、化工溶液浓缩等等。
目前的方法主要有蒸馏、离子交换、反渗透等等。蒸馏需要使用大量的能源，不适应目前能源紧张的局面；离子交换常用于水的软化，重金属离子的去除，但是它的本质是使用一些无害的离子去取代一些有害的离子，而不能去除所有的离子，也需要不断的使用化学药剂；反渗透是一种新的有效的去离子方法，其基本原理是通过膜过滤，但是对于一些小尺寸的无机物离子，对膜的要求很高，而且膜的耗损也很快。大部分的物质溶于水并电离出离子的过程并不吸收或放出热量，因此理论上看把它们从溶剂中分离出来只需要少量的能量去克服熵变，而并不需要消耗大量的能量。本发明采用电磁场驱动溶液中的离子达到分离溶剂溶质的目的。发明内容提出了一种新的分离电解质溶液中溶剂和溶质的方法。电解质溶于水后一般都会电离产生正负离子，离子有可能与水结合产生水合离子，但总的来说离子是可以自由移动的。由于正负离子的分布基本保持均匀，所以溶液保持电中性。当有外界电场施加极性分子的水溶液上时，首先是水分子产生取向极化从而抵消一部分电场强度；然后溶液中的正负离子朝相反的方向移动一个微小的距离，这样离子的电荷重心不再重合，这种位移极化也会产生一个电场以抵消一部分电场。极化完成后系统又会恢复平衡状态。当施加到溶液上的电场是一个交变的电场时，溶液中的离子会随着电场不停的作往复振动。在给溶液施加电场的同时还在垂直电场的方向上施加一个与电场同频的交变磁场。当离子的运动方向改变时，磁场的方向也改变，这样离子受到的洛伦兹力始终是朝着一个方向的。离子在这个力的作用下慢慢朝向溶液的一边运动聚集，直到这种运动与离子的扩散运动达到平衡为止。最终实现了溶液中电解质的浓度一边高一边低，达到浓缩的效果。
对于水分子而言，在电场中的极化主要是取向极化，而离子的极化主要是位移极化，由于取向极化的时间非常短，而位移极化的时间相比长得多。所以施加一个交变电磁场让离子共振时不会引起水分子共振，从而避免了把大量能量传递给水。整个装置工作时只有极少量能量传递给水，没有耗材损失，是一种高效的分离方法。
已有的专利文献中有许多尝试使用电场或磁场或二者的组合来淡化海水的方法，但是他们都声称要把阴阳离子靠电场力或洛伦兹力分离并聚集从而达到淡化水的目的。但是阿伏加德罗常数太大，哪怕是想将ppm浓度级的阴阳离子分开，需要的电场强度或洛伦兹力也都远远无法达到，而且这样的电场强度下水溶液也早已被击穿。
图1为离子泵的构成原理示意图；图2为离子泵的螺旋腔体图。
具体实施例方式
以下结合各附图对本发明作进一步详细说明图1为离子泵的构成原理示意图，1为电极板，2为盛装有溶液的腔体，3为电磁铁。如图中所示，给电极板通电，当上电极板为正极，下电极板为负极时，受电场力的作用溶液中的阳离子会向下运动，阴离子向上运动，此时如果磁场方向向左，根据左手定则，正负离子都会受到一个垂直纸面向内的洛伦兹力。同样改变电场的方向，当上电极板为负极，下电极板为正极时，离子运动方向会反向，此时如果将磁场方向也反向，根据左手定则，正负离子同样会受到一个垂直纸面向内的洛伦兹力。这样不断改变电场和磁场的方向，正负离子振荡往复运动的同时不断的向垂直纸面向内的方向运动。虽然离子的运动振幅很小，但是如果振动的频率很快，多次受到同一方向的洛伦兹力的作用，其效果累加在一起会使离子不断的向一个方向运动。如果外加电场的变化频率等于离子的共振频率，离子往复运动的振幅将达到最大值，运动中受到的洛伦兹力也为为最大，这样可以使离子以最快的速度向一端聚集。
为了使腔体两端溶液离子浓度差达到较大的值，将盛装溶液的腔体做成较长的螺旋型。如图2所示21为腔体外壁电极，22为软磁体外部的扁平导电膜，23为绝缘腔体，24为腔体内壁电极，25为软磁体。电场加在内外壁两个电极上，离子将沿着螺旋腔体的半径方向作振动。软磁体起到增加磁场强度并约束磁力线的作用，让磁力线尽量多的穿过腔体。软磁体外部的扁平导电膜通以交变电流，使软磁体产生磁场，磁力线沿着螺旋腔体的轴向穿过腔体，因此离子受到的洛伦兹力将沿着螺旋腔体的螺旋方向。待分离的原溶液从中间导入腔体，浓溶液和稀溶液从两端流出。同时为了形成一个闭合的磁路以减少磁场的泄漏可以将螺旋型的腔体弯曲成为首尾相接的轮胎状。
由于整个电磁铁的自感系数较大，所以其产生的磁场较难以突变。因此首先找到所需分离溶液中离子的共振频率，然后以大功率MOS管作为开关，以离子共振频率为开关频率，将直流电斩成方波通到电磁铁上，同时在电磁铁两端并联一个电容以调整功率因数，获得更强的交变磁场。相对磁场来说电场的改变容易得多，因为装置的等效电容较小。所以采用电场跟随磁场的方法，在电磁铁上串联一个很小的电阻，用比较器比较电阻两端的电压即可判断电流的方向，由此决定电场的方向，从而达到电场和磁场的同步。
权利要求
1.一种将电解质溶液中溶质和溶剂分离的方法在装有电解质溶液的腔体外同时施加电场和磁场，让离子在电场和磁场的共同作用下作定向运动，实现溶质朝一个方向聚集浓缩。
2.按照权利要求1所述的一种将电解质溶液中溶质和溶剂分离的方法，其特征还在于施加的电场和磁场为交变的电场和磁场。
3.按照权利要求1所述的一种将电解质溶液中溶质和溶剂分离的方法，其特征还在于施加的电场和磁场方向呈90度角。
4.按照权利要求1所述的一种将电解质溶液中溶质和溶剂分离的方法，其特征还在于电场和磁场的振荡频率相同，为溶液中离子作迁移运动的共振频率。
5.按照权利要求1所述的一种将电解质溶液中溶质和溶剂分离的方法，其特征还在于用于分离溶质溶剂的分离腔采用螺旋式结构，以增加腔的长度，提高腔体两端溶液的浓度差。
6.按照权利要求5所述的用于分离溶质溶剂的螺旋式结构分离腔，其特征还在于在用于分离溶质溶剂的腔体外增加软磁体，以提高磁场强度，并可使磁力线尽量多的穿过腔体。
全文摘要
本发明为一种将电解质溶液的溶剂和溶质分离方法。在装有电解质溶液的容器外分别施加正交且交变的电场和磁场，溶液中的正负离子会在电场的作用下作往复振荡运动，同时离子在运动过程中还受到了洛伦兹力的作用。调节电磁场的变化频率和相位可以让离子随电场共振运动，且每次运动中受到的洛伦兹力方向相同，从而使正负离子向一个方向聚集，产生浓度差，实现电解质溶液的溶剂和溶质分离。本发明可用于海水淡化，含重金属离子的污水处理，等各种需要将电解质溶液中的溶剂和溶质分离的领域。
文档编号B01D17/06GK1903407SQ20061010105
公开日2007年1月31日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者钟茗 申请人:钟茗