[发明专利]去离子设备、用于该设备的电极模块及制造该设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去离子设备，更具体地讲，涉及一种使用电化学方法去除液体中含有的离子的去离子设备、一种用于该设备的电极模块以及一种用于制造该设备的方法。

背景技术

存在几种用于净化含有物质(例如NaCl或者重金属)的水的方法。这些方法中，通常使用利用离子交换树脂净化水的方法。然而，这种方法在再循环树脂时需要使用酸性溶液或者碱性溶液，并需要使用大量聚合物树脂和化工品以处理大量水，从而不利地存在经济效率低的缺点。

为了解决该缺点，近来对电容去离子(以下称为“CDI”)设备进行了大量研究。

CDI技术基于以下简单的原理，当电压施加在层叠形式的两个多孔碳电极(即，正电极和负电极)之间时，阳离子和阴离子分别被电吸附到负电极和正电极上，以去除流体(例如水)中含有的离子。此外，对于这种技术，当电极上的离子饱和时，可容易地将电极拆下，从而通过切换电极的极性或者断开电源(也称为“电流源”)而能够简单地使电极再循环。与离子交换树脂方法或者用于电极再循环的反渗透不同，CDI技术避免使用任何酸性清洁溶液或者碱性清洁溶液，从而不产生二代化学废品。此外，CDI技术几乎不腐蚀或者污染电极，所以存在的优点在于具有半永久性寿命(semi permanentlifespan)和相对高的能量效率，从而与其它方法相比，节省10-20倍的能量。

这种CDI设备包括：端板，设置在上端和下端；多个电极模块，构成中间层；例如螺钉、螺母和密封件的材料，用于将所述电极模块结合。

通过使用导电材料将碳材料粘合到集电极上而形成电极模块的电极，所述碳材料具有高特殊表面(high specific surface)的孔以及吸附离子的能力。能够形成路径的通道形成在集电极的预定区域内，并且碳材料粘合到集电极的一侧或者两侧上，以形成电极。

CDI设备由包括多个交替的(alternating)电极模块的堆(stack)组成。在这种CDI堆中，当正(+)电极和负(-)电极连接到电极的电源上接着将水注入到布置在上部或者下部上的入口中时，水通过设置在每个集电极中的通道按照Z字形运动。当水通过正电极和负电极时，包含在水中的阴离子被吸附到正电极的碳材料上，包含在水中的阳离子被吸附到负电极的碳材料上。在离子被吸附到电极上之后，电极被彼此切换或者电流被中断，从而去除被吸附在碳材料上的离子成分，因此使电极的再循环变得简单。

在传统的CDI设备中，应用于正(+)电极的电极模块和应用于负(-)电极的电极模块二者均包括具有吸附离子能力的电极。因此，由于两个电极均具有去离子能力，所以水中包含的阳离子和阴离子都被去除。

然而，目前，当CDI设备在各种领域中被使用时，通常，去除阳离子和阴离子中的一种可能已经足够了，因此，需要开发其功能适合于各种领域的CDI设备。例如，可通过仅去除阳离子提供用于清洗衣物所需要的量的用于清洗衣物的水，从而避免设计用于去除阴离子的CDI设备。

发明内容

因此，实施例一方面提供一种去离子设备，其中，为了仅去除阳离子和阴离子中的一种，在施加电源的一对电极模块中，仅一个电极模块具有去除液体中含有的阳离子或者阴离子的能力，从而提高生产效率并降低制造成本。

实施例的另一方面提供一种电极模块，其中，对于具有去离子能力的电极模块，碳纳米材料直接生长在集电极表面上，以形成电极，保护膜用于提高集电极的强度，从而最小化碳纳米材料和集电极之间的接触电阻，并提高结构强度，实施例的另一方面还提供一种制造电极模块的方法。

将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。

根据实施例的一方面，提供一种去离子设备，该去离子设备包括：第一电极模块，正电或者负电施加在该第一电极模块上；第二电极模块，与施加给第一电极模块的电的极性相反的电或者地电位施加在该第二电极模块上，其中，仅第一电极模块包括用于吸附仅阳离子和阴离子中的一种的离子吸附材料。

根据本发明的另一方面，提供一种去离子设备，该去离子设备包括：一对端板单元；多个单元电极模块，层叠在所述一对端板单元之间，其中，所述单元电极模块包括：第一电极模块，正(+)电或者负(-)电施加在该第一电极模块上；第二电极模块，不包含离子吸附材料，与施加给第一电极模块的电的极性相反的电或者地电位施加在该第二电极模块上，仅第一电极模块具有用于吸附仅阳离子和阴离子中的一种的离子吸附材料。