一種水基溶液離子分離裝置及方法

2023-07-03 03:39:36 2

專利名稱：一種水基溶液離子分離裝置及方法
技術領域：
本發明屬於水基溶液中離子分離技術領域，特別涉及一種利用電吸附、運動導體在磁感應下的正負離子反向遷移技術的電磁感應分離方法聯合進行離子分離的裝置和運行方法。
背景技術：
對於水溶液電解質脫鹽技術而言，現有海水淡化技術具有一定代表性，特別是最近幾十年，人們在設備和工藝上進行卓有成效的持續改進，如反滲透技術，膜性能的提高和能量回收裝置的應用，市場佔有率又來越大。海水淡化方法已經出現了數十種，主要包括熱法、膜法、離子交換法和冷凍法等，其中，熱法海水淡化技術包含了多級閃蒸(MSF)、多效蒸發(MED)、壓汽蒸餾(VC);而膜法海水淡化技術包括反滲透法(RO)、電滲析法(ED)和正滲透法(FO)。其他相關新技術也不斷開發，如電吸附、天然氣水合物法、膜蒸餾、加溼-脫溼法 等可以作為電解質水溶液分離的主要參考技術，但存在能量消耗高，產水率低等技術問題。由於目前水基溶液脫鹽過程大都是將溶劑水從水基溶液中取出，剩下的高濃度溶液作為濃水排放；電吸附分離和電磁感應分離技術屬於將陰、陽離子從水基溶液中富集在電極上使通過的水基溶液中的離子減少得以淡化，富集在電極上的離子通過脫附形成濃水排放。但目前電吸附脫鹽主要關注電極板本身的物理特性，只有當電極板具有較高的比表面時，即在通電和電解液存在情況下，電極表現出較大的吸附電容，從而達到吸附大量離子目的。但是，這些工藝對電極性能要求極高，否則吸附能力低，應用範圍小。此外，如果有足夠的吸附電容，其在脫附過程中放電電流就被浪費。因此，需要對技術提出結構和性能的改進，尋求低成本、能量利用率高的水基溶液分離方法非常必要。

發明內容
本發明的目的是為了解決上述技術問題，實現聯合利用電吸附、電流的磁效應和運動導體在磁感應下的正負粒子反向遷移技術的電磁感應分離方法進行離子分離的裝置。該裝置結構進行了新技術集成，製作和運行成本低，效果明顯提高。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種水基溶液離子分離裝置，包括電吸附器3、電磁感應吸附分離器10、水基溶液儲罐I、加壓泵2、高濃度溶液儲罐15和低濃度溶液儲罐16，電吸附器3包括電吸附正極4、電吸附負極5，電磁感應吸附分離器10由感應線圈7、電磁感應吸附正極8和電磁感應吸附負極9組成，所述電吸附器(3)和電磁感應分離器(10)通過水基溶液介質相通。本發明進一步完善和實施的補充方案是所述電吸附器3可以有離子交換樹脂填充物和陰陽例子交換膜。所述磁感應吸附分離器10中的水基溶液流動方向與磁吸附正負電極和磁場方向相互垂直。所述磁吸附感應線圈7可以回收電吸附放電電流。
所述磁感應吸附分離器10液體處理通道的材料為透射微波但不吸收微波的工程塑料，磁吸附正極8、磁吸附負極9可以為石墨電極、金屬氧化物電極或碳納米管電極。所述電吸附正極8、電吸附負極9間的電壓、感應線圈7電信號、低濃度溶液切換閥
11、12、高濃度溶液切換閥13、14由PLC控制電源6控制實現連續運行。本發明還提供一種水基溶液去離子裝置的離子分離方法，其解決方案是該水基溶液離子分離是由電吸附器和電磁感應分離器組成，電吸附器和磁感應吸附分離器可以任意單元串並聯運行，並且排列次序不受限制，利用電吸附放電的電流進入感應線圈形成感應磁場，實現水基溶液連續多次去離子分離。本發明的優點和積極效果本發明與現有技術相比，電磁感應分離器可以回收電吸附器脫附時的放電電流，可以實現高濃度水基溶液離子分離，在提高離子分離效率同時，電能利用率高。·


圖I為本發明的結構示意圖。圖中I、水基溶液儲罐2、加壓泵 3、電吸附器4、電吸附正極5、電吸附負極 6、PLC控制電源 7、感應線圈8、磁吸附正極9、磁吸附負極 10、電磁感應吸附分離器 11、12低濃度溶液切換閥13、14、高濃度溶液切換閥 15、高濃度溶液儲罐16、低濃度溶液儲罐
具體實施例方式以下結合附圖及實施例，對本發明做進一步的詳細說明。本發明的原理是電吸附在不產生電化學反應前提下實現正、負離子向負極和正極方向遷移，使通過的水基溶液離子濃度變小，這是吸附過程；達到一定的吸附量時，進行放電脫附，離子匯入通道中作為濃溶液排出，這是脫附過程。一般電吸附脫鹽操作中脫附過程電流沒有回收利用，本發明以電吸附放電電流為通電線圈通電，並且產生磁感應效應，根據導體做切割磁感線運動會產生感應電流，在磁場中連續通過的水基溶液作切割磁力線運動產生感應電流，水基溶液為導體，水基溶液流動方向與磁吸附正負電極和磁場方向相互垂直，切割磁力線運動會產生電流，導致正、負離子向相反方向運動並聚集，通過的水基溶液所含離子濃度就會減少，從而得以分離。當無磁感應效應時，富集在電極上的正、負離子脫附到通道流體中變成濃溶液排出，在回收電吸附單元的放電電流時，可以額外疊加一定的直流電流保證有較大的感應電流，從而可以分離更多的離子。在PLC電源控制器控制下，配合電磁閥切換，實現離子從水基溶液中分離。如圖I所示，本發明的一種水基溶液離子分離裝置，一種水基溶液離子分離裝置，包括電吸附器3、電磁感應吸附分離器10、水基溶液儲罐I、加壓泵2、高濃度溶液儲罐15和低濃度溶液儲罐16，電吸附器3包括電吸附正極4、電吸附負極5，電磁感應吸附分離器10由感應線圈7、電磁感應吸附正極8和電磁感應吸附負極9組成，電吸附器3和電磁感應分離器10通過水基溶液介質相通。電吸附器3可以有離子交換樹脂填充物和陰陽例子交換膜。
磁感應吸附分離器10中的水基溶液流動方向與磁吸附正負電極和磁場方向相互垂直。磁吸附感應線圈7可以回收電吸附放電電流。磁感應吸附分離器10液體處理通道的材料為透射微波但不吸收微波的工程塑料，磁吸附正極8、磁吸附負極9可以為石墨電極、金屬氧化物電極或碳納米管電極。電吸附正極8、電吸附負極間的電壓、感應線圈7電信號、低濃度溶液切換閥11、
12、高濃度溶液切換閥13、14由PLC控制電源6控制實現連續運行。本發明還提供一種水基溶液去離子裝置的離子分離方法，其特徵是該水基溶液離子分離是由電吸附器和電磁感應分離器組成，電吸附器和磁感應吸附分離器可以任意單元串並聯運行，並且排列次序不受限制，利用電吸附放電的電流進入感應線圈形成感應磁場，實現水基溶液連續多次去離子分離。·實施例I本發明的一種水基溶液離子分離裝置，該裝置包括電吸附器3和電磁感應吸附分離器10，電吸附器3包括電吸附正極4、電吸附負極5，其間施加電壓在2. 8V，電磁感應吸附分離器10由感應線圈7、磁感應強度在1200毫特拉斯範圍內，電磁感應吸附正極8和電磁感應吸附負極9組成，電磁感應從水基溶液儲罐I通過加壓泵2加壓到0. 2MPa通過電吸附器3和電磁感應吸附分離器10將原水基溶液離子分離並進入高濃度溶液儲罐15和低濃度溶液儲罐16。實施例2本發明的一種水基溶液離子分離方法，從水基溶液儲罐I通過加壓泵2加壓到通過電吸附器3和電磁感應吸附分離器10，電吸附器3包括電吸附正極4、電吸附負極5，電磁感應吸附分離器10由感應線圈7、電磁感應吸附正極8和電磁感應吸附負極9組成，依次通過電吸附器3和電磁感應吸附分離器10完成離子分離。水基溶液離子分離過程溫度為30°C，NaCl含量為1000mg/L的水溶液，通過極間電壓為2. 3V的電吸附單元其出口低濃度電解質NaCl含量為560mg/L。在電吸附脫附周期，在電吸附器吸附周期低濃度排除水基溶液進入低濃度儲槽。在電吸附單元脫附周期的2/3時間段，1600mg/L的高濃度水基溶液通過磁感應強度為760毫特拉斯的磁感應離子分離室後，出口水基溶液NaCl含量為750mg/L，電吸附單元脫附周期的剩餘1/3時間段，排除水基溶液NaCl含量為3100mg/L。實施例3本發明的一種水基溶液離子分離方法，從水基溶液儲罐I通過加壓泵2加壓到通過電吸附器3和電磁感應吸附分離器10，電吸附器3包括電吸附正極4、電吸附負極5，電磁感應吸附分離器10由感應線圈7、電磁感應吸附正極8和電磁感應吸附負極9組成，依次通過電吸附器3和電磁感應吸附分離器10完成離子分離。水基溶液離子分離過程溫度為20°C, NaCl含量為1500mg/L的水溶液，通過極間電壓為2. 3V的電吸附單元其出口低濃度電解質NaCl含量為720mg/L。在電吸附脫附周期，在電吸附器吸附周期低濃度排除水基溶液進入低濃度儲槽。在電吸附單元脫附周期的1/2時間段，2800mg/L的高濃度水基溶液通過磁感應強度為1500毫特拉斯的磁感應離子分離室後，出口水基溶液NaCl含量為850mg/L,電吸附單元脫附周期的剩餘1/2時間段，排除水基溶液NaCl含量為5200mg/L。
權利要求
1.一種水基溶液離子分離裝置，包括電吸附器(3)、電磁感應吸附分離器(10)、水基溶液儲罐(I)、加壓泵(2)、高濃度溶液儲罐(15)和低濃度溶液儲罐(16)，電吸附器(3)包括電吸附正極(4)、電吸附負極(5)，電磁感應吸附分離器(10)由感應線圈(7)、電磁感應吸附正極⑶和電磁感應吸附負極(9)組成，其特徵在於電吸附器(3)和電磁感應分離器(10)通過水基溶液介質相通。
2.根據權利要求I所述的水基溶液去離子裝置，其特徵在於電吸附器(3)可以有離子交換樹脂填充物和陰陽例子交換膜。
3.根據權利要求I所述的水基溶液去離子裝置，其特徵在於磁感應吸附分離器(10)中的水基溶液流動方向與磁吸附正負電極和磁場方向相互垂直。
4.根據權利要求I所述的水基溶液去離子裝置，其特徵在於磁吸附感應線圈(7)可以回收電吸附放電電流。
5.根據權利要求I所述的水基溶液去離子裝置，其特徵在於磁感應吸附分離器(10)液體處理通道的材料為透射微波但不吸收微波的工程塑料，磁吸附正極(8)、磁吸附負極(9)可以為石墨電極、金屬氧化物電極或碳納米管電極。
6.根據權利要求I所述的水基溶液去離子裝置，其特徵在於電吸附正極(8)、電吸附負極(9)間的電壓、感應線圈(7)電信號、低濃度溶液切換閥(11、12)、高濃度溶液切換閥(13,14)由PLC控制電源(6)控制實現連續運行。
7.根據權利要求I所述的水基溶液去離子裝置的離子分離方法，其特徵在於該水基溶液離子分離是由電吸附器和電磁感應分離器組成，電吸附器和磁感應吸附分離器可以任意單元串並聯運行，並且排列次序不受限制，利用電吸附放電的電流進入感應線圈形成感應磁場，實現水基溶液連續多次去離子分離。
全文摘要
本發明為一種水基溶液去離子裝置及運行方法，將連續流動的水基溶液通過電吸附器和電磁感應分離器，回收利用電吸附放電的電流進入感應線圈形成感應磁場，實現水基溶液連續多次去離子分離。本發明系統能量利用率高，低濃度溶液回收率高，設置PLC控制器進行自動控制。適用於海水淡化、飲水淨化及各種水基液體的水與離子分離作業。其結構新穎，製作和運行成木低，操作簡便，效果明顯優於其他裝置。
文檔編號C02F1/48GK102745783SQ20121025761
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者蘇潤西 申請人:天津城市建設學院