本发明涉及电驱动电容领域,尤其涉及流动电极电容的去离子方法及系统。
背景技术:
1、高盐废水处理仍然是对淡水需求不断增长的一个严重挑战,这导致了各种海水淡化技术的发展。电驱动的电容去离子化具有低能耗和环境友好性,使其成为一种很有前途的高盐废水处理、海水淡化技术。流动电极电容去离子化(flow-electrode capacitivedeionization,简称fcdi)利用流动电极浆料,在理论上具有伪无限的脱盐能力,不需要额外的再生步骤就可以长期运行。与反渗透和多级蒸发相比,fcdi进一步降低了能量消耗和提高了海水淡化的效率。
2、fcdi装置中的流道结构已被证明具有强化电极浆液流动性的作用。然而传统的fcdi装置的脱盐效率、电荷效率及体系能耗效率造成不利影响。
技术实现思路
1、本发明的主要目的是提供一种流动电极电容的去离子方法及系统,以解决传统的fcdi装置的电荷转移过程和离子捕集效率较低的技术问题。
2、为实现上述目的,本发明提供了一种流动电极电容的去离子系统,包括流动电极电容装置、第一输送泵、第二输送泵、第三输送泵、电极浆液和脉冲电源;所述流动电极电容装置包括阳极腔室、阴极腔室和待处理液腔室;
3、所述第一输送泵与阳极腔室构成第一循环通道,所述第二输送泵与阴极腔室构成第二循环通道,所述第三输送泵与待处理液腔室构成第三循环通道;
4、所述电极浆液位于第一循环通道和第二循环通道内;
5、所述脉冲电源与流动电极电容装置电连接,并在所述流动电极电容装置上产生由所述阳极腔室指向所述阴极腔室的脉冲电场。
6、根据本申请的实施方式,所述脉冲电场的脉冲强度为60~100ma、占空比为20~90%、频率为1~100hz和运行时长为60~1800min。
7、根据本申请的实施方式,所述流动电极电容装置包括依次设置的第一集流体、阳离子交换膜、进液隔板、阴离子交换膜和第二集流体;
8、第一集流体和第二集流体二者的工作面分别具有第一流道和第二流道,所述第一流道和所述阳离子交换膜形成所述阳极腔室,所述第二流道和所述阴离子交换膜形成所述阳极腔室,所述进液隔板具有贯穿的空腔,形成待处理液腔室。
9、根据本申请的实施方式,所述第一流道和所述第二流道均刻蚀为单轨蛇形流道,所述工作面为所述第一集流体和所述第二集流体朝向所述进液隔板的表面;
10、所述单轨蛇形流道由多条水平向流道首尾依次连接构成,所述水平向流道的深度为1~3mm,宽度为1~4mm。
11、根据本申请的实施方式,所述单轨蛇形流道的总长度对应的流道面积为所述工作面的总面积的40~60%。
12、根据本申请的实施方式,所述电极浆液包括活性炭、碳纳米管、炭黑和氯化钠,所述活性炭占电极浆液质量的5~20%,所述碳纳米管占电极浆液质量的0.1~1%,所述炭黑占电极浆液质量的0.1~1%;所述氯化钠占电极浆液质量的0.1~2%。
13、根据本申请的实施方式,所述电极浆液的制备方法包括:
14、将碳纳米管和导电炭黑按照1:1比例混合,得到导电添加剂;
15、将活性炭与1000mg/l的氯化钠溶液按照质量比2.5~20:100比例混合,并按照0.2~2g:100ml的固液比加入导电添加剂,搅拌12h,得到电极浆液。
16、本申请还提供一种流动电极电容的去离子方法,包括以下步骤:
17、将电极浆液导入流动电极电容装置的阳极腔室和阴极腔室内循环流动;
18、将待处理水导入流动电极电容装置的待处理液腔室内循环流动;
19、将脉冲电源与所述流动电极电容装置电连接,并在所述流动电极电容装置上产生由所述阳极腔室指向所述阴极腔室的脉冲电场;
20、在施加所述脉冲电场60~1800min之后,完成去离子。
21、根据本申请的实施方式,所述脉冲电场的脉冲强度为60~100ma、占空比为20~90%、频率为1~100hz和运行时长为60~1800min。
22、根据本申请的实施方式,所述电极浆液、所述待处理水的流速为5~15ml/min。
23、上述的流动电极电容的去离子系统中,通过脉冲电源驱动强化fcdi过程中离子迁移,通过“通—断—通”交替性脉冲作用机制为fcdi吸附过程提供一定的弛豫时间,可有效缓解离子交换膜表面离子的浓差极化行为,有利于离子的跨膜运输。相较于传统的恒定电场,此类非稳态脉冲电场在fcdi体系的离子富集效率与能耗方面展现出显著的优势性。
1.一种流动电极电容的去离子系统,其特征在于,包括流动电极电容装置、第一输送泵、第二输送泵、第三输送泵、电极浆液和脉冲电源;所述流动电极电容装置包括阳极腔室、阴极腔室和待处理液腔室;
2.根据权利要求1所述的去离子系统,其特征在于,所述脉冲电场的脉冲强度为60~100ma、占空比为20~90%、频率为1~100hz和运行时长为60~1800min。
3.根据权利要求1所述的去离子系统,其特征在于,所述流动电极电容装置包括依次设置的第一集流体、阳离子交换膜、进液隔板、阴离子交换膜和第二集流体;
4.根据权利要求3所述的去离子系统,其特征在于,所述第一流道和所述第二流道均刻蚀为单轨蛇形流道,所述工作面为所述第一集流体和所述第二集流体朝向所述进液隔板的表面;
5.根据权利要求4所述的去离子系统,其特征在于,所述单轨蛇形流道的总长度对应的流道面积为所述工作面的总面积的40~60%。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的去离子系统,其特征在于,所述电极浆液包括活性炭、碳纳米管、炭黑和氯化钠,所述活性炭占电极浆液质量的5~20%,所述碳纳米管占电极浆液质量的0.1~1%,所述炭黑占电极浆液质量的0.1~1%;所述氯化钠占电极浆液质量的0.1~2%。
7.根据权利要求6所述的去离子系统,其特征在于,所述电极浆液的制备方法包括:
8.一种流动电极电容的去离子方法,其特征在于,包括以下步骤:
9.根据权利要求8所述的去离子方法,其特征在于,所述脉冲电场的脉冲强度为60~100ma、占空比为20~90%、频率为1~100hz和运行时长为60~1800min。
10.根据权利要求8所述的去离子方法,其特征在于,所述电极浆液、所述待处理水的流速为5~15ml/min。
