电渗析堆叠的制作方法

文档序号:20166459发布日期:2020-03-24 21:34阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于处理导电溶液的电渗析堆叠,所述电渗析堆叠包括:

两个电极、离子交换膜和电渗析堆叠间隔物,所述膜和间隔物被布置在所述电极之间,以限定至少10个并且高达2000个电解电池对的总数(总cp),所述电池在电渗析期间在所述电极之间提供导电流体连接,

所述膜和间隔物限定了其中的孔,当所述膜和间隔物被布置成形成所述电渗析电池时,所述孔以组合形式限定了用于导电溶液的分配歧管,其中所述两个电极中的至少一个具有从所述分配歧管凹陷的边缘,并且其中所述分配歧管限定了用于浓缩流的管道区域;以及

与所述电极之间的导电流体连接重叠的电绝缘区,所述电绝缘区:

(i)基本上从分配歧管延伸超过所述电极的凹陷边缘达以cm为单位的重叠距离,所述重叠距离大约等于:

(0.062cm-1)*(exp(-60/总cp)*(凹陷边缘处的浓缩流的歧管管道的以cm2为单位的面积);以及

(ii)基本上从所述凹陷电极延伸到另一个电极达一段距离,所述距离为所述两个电极之间的总距离的约8%至100%。

2.根据权利要求1所述的电渗析堆叠,其中,所述电绝缘区延伸了所述凹陷电极与所述另一个电极之间的距离的100%。

3.根据权利要求1所述的电渗析堆叠,其中,所述电绝缘区由电绝缘掩模来限定。

4.根据权利要求3所述的电渗析堆叠,其中,所述电绝缘掩模中的一个或多个包括:

(a)电渗析电池中的塑料片;

(b)两个相邻的电渗析电池之间的塑料片;

(c)阳离子交换膜的抗离子传输部分;

(d)阴离子交换膜的抗离子传输部分;

(e)间隔物的一部分,其减小了相邻的膜上可用于导电流体连接的区域;或者

(f)其任何组合。

5.根据权利要求4所述的电渗析堆叠,其中,所述电渗析电池中的塑料片被定位在:膜与间隔物之间,或者在相邻的电池的膜之间。

6.根据权利要求4所述的电渗析堆叠,其中,所述电绝缘区由多个塑料片来限定,所述多个塑料片被定位在:阳离子交换膜与相邻间隔物之间;阴离子交换膜与相邻间隔物之间;阳离子交换膜与阴离子交换膜之间;或其任何组合。

7.根据权利要求4所述的电渗析堆叠,其中,所述塑料片的面电阻大于100ohm.cm2,并且其厚度小于0.05mm。

8.根据权利要求4所述的电渗析堆叠,其中,所述电绝缘区由所述阳离子交换膜、所述阴离子交换膜或两者的多个抗离子传输部分来限定。

9.根据权利要求8所述的电渗析堆叠,其中,所述阳离子交换膜的抗离子传输部分包括:基本上相等的摩尔量的固定阳离子电荷和固定阴离子电荷两者,或者基本上不包括固定电荷。

10.根据权利要求8所述的电渗析堆叠,其中,所述阴离子交换膜的抗离子传输部分包括:基本上相等的摩尔量的固定阳离子电荷和固定阴离子电荷两者,或者基本上不包括固定电荷。

11.根据权利要求4所述的电渗析堆叠,其中,所述间隔物包括电阻结构,所述电阻结构跨越所述间隔物以接触相邻的膜,以减小所述相邻的膜上可用于导电流体连接的区域。

12.根据权利要求11所述的电渗析堆叠,其中,构件基本上沿着流体流动的方向延伸。

13.根据权利要求1所述的电渗析堆叠,其中,所述另一个电极具有从所述分配歧管凹陷的边缘,并且所述电绝缘区:

(i)从所述分配歧管基本上延伸超过所述另一个电极的凹陷边缘达以cm为单位的重叠距离,所述重叠距离大约等于:

(0.062cm-1)*(exp(-60/总cp)*(凹陷边缘处的浓缩流的歧管管道的以cm2为单位的面积);以及

(ii)基本上从所述另一个凹陷电极延伸到所述第一凹陷电极达一段距离,所述距离为所述两个电极之间的总距离的约8%至100%。

14.根据权利要求1所述的电渗析堆叠,其中,所述膜和间隔物限定了第二分配歧管,并且所述电极具有从所述第二分配歧管凹陷的第二边缘,并且所述电渗析堆叠包括第二电绝缘区,所述第二电绝缘区:

(i)基本上从所述第二分配歧管延伸超过所述凹陷电极的第二凹陷边缘达以cm为单位的重叠距离,所述重叠距离大约等于:

(0.062cm-1)*(exp(-60/总cp)*(在第二凹陷边缘处的浓缩流的歧管管道的以cm2为单位的面积);以及

(ii)基本上从所述凹陷电极延伸到另一个电极达一段距离,所述距离是所述两个电极之间的总距离的约8%至100%。

15.根据权利要求1所述的电解堆叠,其中,两个电极具有两个相对的凹陷边缘,并且所述堆叠包括四个电绝缘区,所述四个电绝缘区(i)与它们相应电极的凹陷边缘重叠,并且(ii)基本上从它们相应的电极延伸到相对的电极达一段距离,所述距离为所述电极之间的总距离的约8%至100%;其中,以cm为单位的每个重叠距离是根据以下等式独立地计算的:

(0.062cm-1)*(exp(-60/总cp)*(凹陷边缘处的浓缩流的歧管管道的以cm2为单位的面积)。

16.根据权利要求1所述的电解堆叠,其中,所述电绝缘区延伸了小于所述凹陷电极与所述另一个电极之间的距离的100%,并且所述电渗析堆叠进一步包括没有延伸超过所述凹陷电极的凹陷边缘的附加电绝缘区。

17.一种用于电渗析堆叠的离子交换膜,所述电渗析堆叠具有带凹陷边缘的电极和至少10个并且高达2000个电解电池对的总数(总cp),所述膜限定了其中用于形成分配歧管的孔,当所述膜是所述电渗析堆的一部分时,所述分配歧管包括浓缩流的的歧管管道;

其中所述膜包括:

离子交换部分;以及

抗离子传输部分,其基本上从所述孔延伸超过对应于所述电极的凹陷边缘的线达以cm为单位的重叠距离,所述重叠距离大约等于:

(0.062cm-1)*(exp(-60/总cp)*(凹陷边缘处的浓缩流的歧管管道的以cm2为单位的面积)。

18.根据权利要求17所述的离子交换膜,其中,所述抗离子传输部分包括:基本上相等的摩尔量的固定阳离子电荷和固定阴离子电荷两者,或者基本上不包括固定电荷。

19.根据权利要求17所述的离子交换膜,其中,所述抗离子传输部分从所述膜的边缘延伸。

20.一种用于电渗析堆叠中的相邻的膜的间隔物,所述电渗析堆叠具有带凹陷边缘的电极和电渗析电池对的总数(总cp),所述间隔物限定了其中用于形成分配歧管的孔,当所述间隔物是所述电渗析堆叠的一部分时,所述分配歧管包括浓缩流的歧管管道,所述间隔物包括:

围绕流动场的膜支撑区域,所述流动场流体地链接入口和出口,

电阻结构,其延伸通过所述膜支撑区域的厚度以减小相邻的膜上可用于导电流体连接的区域;

其中所述电阻结构组成了来自所述入口和出口的流动场的表面积的约50%至约75%,所述流动场超过与所述电极的凹陷边缘相对应的线达重叠距离,所述重叠距离大约等于:

(0.062cm-1)*(exp(-60/总cp)*(凹陷边缘处的浓缩流的歧管管道的以cm2为单位的面积)。

21.根据权利要求20所述的间隔物,其中,电阻构件基本上沿着所述流动场的流动路径延伸。

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